新论文：加速度计类型对地震动记录和震损评估的影响
本文摘要（由AI生成）：本文研究了不同质量传感器采集的强震记录对震害分析结果的影响。作者采用了三步策略，首先获得传感器采集的地震动记录，然后把不同传感器采集的地震动用于单体结构分析，再进一步应用于区域震害分析。研究结果表明，对于区域尺度分析，更多的常规质量传感器优于较少的高质量传感器方案；而高质量传感器更适合于重点单体建筑。本研究属于初步探索，尚有很多不足，未来有待进一步的研究。论文：Influence of Accelerometer Type on Uncertainties in Recorded Ground Motions and Seismic Damage Assessment. Bulletin of Earthquake Engineering. 2022.作者：廖文杰，费一凡，程庆乐，陆新征，等01研究背景 震后高效、准确的震害评估对于地震应急至关重要。震后，通过第一时间采集的地震动记录，提供给近实时震害分析系统，完成震害评估。例如，我们课题组基于城市抗震弹塑性分析方法开发了RED-ACT系统，使用了中国地震台网中心、日本K-NET、美国CESMD等提供的地震动（相关阅读：唐山、宜宾都是10km深的5.1级地震，破坏程度怎么差别这么大？）。 可见，更加准确的地震动输入是保障震害评估准确性的关键。那么，如何才能得到更加准确的地震动输入？课题组在此前研究中提出一种地震动插值方法，加密地震动场以提供更加准确的地震动时程记录（相关阅读：新论文 | 强震台网密度对震害评估的影响）。但除了插值，还有其他获取更多强震记录的方法吗？ 答案或许是肯定的。传感器设备以及群智感知等新技术正在快速发展，打开你的手机试试看，现在是不是也能采集一波各种振动了（课题组亲测可行：他山之石可以攻玉 | 新论文：基于深度迁移学习的结构地震响应识别）。课题组便提出，是否可以用更多廉价但是精度尚可的传感器来获得更多的地震动，比如MEMS传感器和智能手机的传感器。但是，目前不同传感器采集的地震动质量及其对震害分析的影响尚不明确。 因此，我们与UCLA的E.T.教授课题组合作研究了不同质量传感器采集的强震记录对震害分析结果的影响。02研究方法 本研究采用了三步策略（当然不是打开冰箱门，把大象放进冰箱，关闭冰箱门这么简单的三个步骤）。首先是获得传感器采集的地震动记录，然后把不同传感器采集的地震动用于单体结构分析，再进一步应用于区域震害分析。 图1 分析方法2.1 传感器采集地震动模拟 要获取不同质量的传感器在同一时间、同一地点采集到的同一条地震动，这个难度有亿点点大，所以我们优先采用传感器模拟和地震动模拟来开展本研究。传感器我们本次选用了三种，低品质、中品质、高品质加速度计（利益无关，也隐去传感器名称）。采用超算模拟的地震动时程场，即为Benchmark地震动（感谢文阳的地震动支持），采用MATLAB滤波函数进行传感器采集地震动模拟（感谢Farid的代码支持），然后再给地震动加上不同强度的高斯白噪声以简要的模拟不同传感器品质。 图2 传感器模拟地震动采集方法 典型的模拟传感器采集地震动结果如下图所示，不同传感器的性能差异较显著。 图3 不同品质传感器采集的典型振动对比 2.2 单体与区域震害分析 以传感器模拟的地震动作为输入，开展单体和区域震害分析。 图4 单体分析和区域分析方法 单体分析采用3个典型的OpenSees弹塑性分析模型（感谢Peng-Yu的模型支持），分别为2层、5层和8层。以Benchmark地震动和传感器采集地震动分别作为输入，开展动力时程分析。对比结构动力响应的相对差异，差异越大则代表传感器质量越差，导致的震害评估误差越大。 图5 单体建筑震损分析精度评价方法进一步，基于该地震动场和单体分析模型，开展区域分析。分析对象Istanbul的Zeytinburnu区域中复杂高层建筑有限，因此，根据建筑层高，将建筑对应的结构模型分别映射为前述的三个单体分析模型，随后对结构模型输入位置距离最近的地震动开展分析。通过对Zeytinburnu中的1.6万栋建筑进行震害分析，得到该区域的震害分析结果。在区域分析中，采用损伤等级进行精度评估，即逐栋建筑对比不同传感器采集地震动输入下损伤等级的差异。 图6 区域建筑震损分析精度评价方法03分析结果本次分析采用的模拟地震动场如下图所示。 图7 Istanbul地区的模拟地震动场3.1 传感器采集的地震动误差 基于模拟地震动，对地震动场的所有振动进行了采集和误差分析，结论比较明显：随着震中距增加，误差逐渐增加；传感器误差对比：低品质(失真) >> 中品质(中度) >> 高品质(精确)。 图8 传感器采集地震动的误差分析3.2 单体和区域震害分析误差 单体结构分析结果如图所示，低品质传感器采集地震动对应的分析结果误差100%，中品质传感器5%左右，高品质传感器仅约0.1%左右。 图9 单体结构震害分析结果误差 区域分析结果如下图，与精确分析结果对比后，可以看到低品质传感器地震动分析结果中，1等级误差达到了25%，中品质传感器则在4%，高品质传感器则仅0.1%。 图10 区域震害分析结果误差3.3 有限预算下的不同传感器布置方案对比 在完成了不同传感器对震害分析结果影响的对比后，我们在想，如果给定一个预算，那到底是多布置传感器还是买更高品质的传感器对于区域震害分析更有利呢？我们开展了一个初步的分析，首先排除低品质传感器（前面研究表明该传感器目前不适用于震害分析），假设高品质传感器的价格是中品质价格的9倍，则对应高品质传感器数量是中品质的1/9，传感器则采用最简单的均布布置方法。下面就是见证奇迹的时刻！ 图11 高品质传感器布置方案及其对应的分析结果 图12 中品质传感器布置方案及其对应的分析结果 一句话总结，本研究中震损分析精度：传感器数量多 > 传感器质量高。当然，本研究采用了简单的假设和朴素的分析方法，在实际强震台网的布设中，需要考虑更多的因素。未来有待进一步的研究。04总结 本研究通过对地震动、传感器采集、以及震害分析的模拟，分析了不同传感器对震害分析结果的影响，希望能为强震台网的建设提供一些参考。主要收获在于初步表明了：对于区域尺度分析，更多的常规质量传感器优于较少的高质量传感器方案；而高质量传感器更适合于重点单体建筑。本研究属于初步探索，尚有很多不足，请各位读者指正，我们后续也将开展更深入的研究。 传感器采集地震动的模拟方法已开源（https://github.com/wenjie-liao/Sensor-Recorded-GMs），仅供参考。致谢 感谢加州大学洛杉矶分校（UCLA）Ertugrul Taciroglu教授的联合指导，以及其团队Dr. Farid Ghahari、Dr. Wenyang Zhang、Dr. Peng-Yu Chen，以及Assoc. Prof. Asli Kurtulus（Özyeğin University），田源（北京科技大学），陈旺（清华大学）在代码、数据和模型方面的支持。---End---相关研究相关文章，在仿真秀官网搜索：特刊征稿Earthquake Engineering Structural Dynamics特刊征稿《地震工程中的AI与数据驱动方法》专著英文版《工程地震灾变模拟：从高层建筑到城市区域(第2版)》出版专著《城市抗震弹塑性分析》出版人工智能与机器学习报告视频：《结构生成式智能设计》新论文及发明专利 | 基于深度学习的楼盖结构智能化设计方法新论文：面向建筑领域自然语言处理的领域语料库及预训练模型新论文 | 基于深度学习的滞回模型如何拥有“误差自纠偏”能力？(附数据集和程序)用“图”和“图”来生成“图”？中文快不够用了 | 发明专利：多模态输入深度神经网络、框架结构梁柱设计方法及装置AI想做结构设计？它得先学结构力学！| 新论文及发明专利：物理增强的剪力墙结构智能化设计方法AI+PKPM | 给个建筑户型图，结构设计全自动糟糕！结构高度从50m改为100m了。AI：5秒完成新结构方案 | 发明专利：融合文本和图像数据的建筑结构AI设计方法揭秘人工智能设计剪力墙结构的科学原理 | 新论文：基于生成对抗网络的剪力墙结构设计方法用人工智能进行结构方案设计| 发明专利：基于对抗生成网络的剪力墙结构布置方法5分钟！从设计结构方案到完成计算书 | 人工智能设计剪力墙结构案例演示新发明专利：一种将规范文本自动转为可计算逻辑规则的方法及系统新论文 | 倾斜摄影点云+深度学习=城市风环境自动化模拟新论文 | 卷积神经网络 + 小波时频图：基于地震动时频域特征的震害评估新方法他山之石可以攻玉 | 新论文：基于深度迁移学习的结构地震响应识别新论文：为提升AI振动识别效果，小波、HHT、MFCC、CNN、LSTM我们都试一试如何将地震破坏力评估加速1500倍？| 新论文：基于LSTM的地震破坏力实时评估新论文：基于机器学习方法的多元地震动强度指标比选与实时震害预测新论文：给振动信号拍个照，可以提升振动控制效果！这栋楼是什么结构的，元芳，你怎么看？——大人，时代变了！|新论文：使用机器学习方法预测城市建筑结构类型新论文：基于无人机与深度学习的建筑震害评估方法新论文：无人机+机器学习+城市弹塑性分析=震后近实时损失预测城市灾害模拟与韧性城市视频：城市抗震弹塑性分析及其在情景构建与地震应急中的应用新论文 | 基于倾斜摄影、深度学习和CFD的城市尺度窗户风损评估新论文 | 强震台网密度对震害评估的影响新论文：城市尺度树木风灾破坏近实时评估：方法框架及清华园案例应用新论文：基于实测地震动的近实时地震滑坡预测方法(并附源程序)新论文：基于实测地震记录的区域地震动场模拟方法新论文：“场地－城市”效应对区域震害评估的定量影响分析新论文：基于城市信息模型、并同时适用于城市建筑群和单体重要建筑的多灾害模拟框架新论文：台风风灾对港口运营的经济影响：以中国港口为例新论文：基于BIM与虚拟现实的建筑震后火灾救援场景模拟新论文：社区地震安全韧性评估系统及社区应用示范新论文：武汉火神山医院病房有害气体的高空排放设计和分析新论文：主余震作用下区域建筑震害预测方法新论文：城市抗震弹塑性分析的开源框架新论文：考虑劳动力资源约束的城市尺度建筑抗震韧性模拟和震后维修规划新论文：结合BIM和FEMA P-58的建筑地震损失预测方法新论文：扔砖头、跳盒子，这也是做科学试验哦！| 地震次生坠物情境中的人员疏散模拟综述：城市抗震弹塑性分析及其工程应用新论文：适用于多LOD BIM的建筑地震损失评估新论文：城市建筑群多LOD震害模拟及北京CBD算例美国NSF SimCenter+清华城市弹塑性分析=旧金山184万建筑地震模拟新论文：BIM+新一代性能化设计=喷淋系统破坏后的地震次生火灾模拟新论文：村镇建筑群火灾蔓延模拟与案例新论文：建设地震韧性城市所面临的挑战新论文：烈焰焚城 | 地震次生火灾的精细化和高真实感模拟新论文：城市韧性——基于“三度空间下系统的系统”的思考新论文：城市抗震弹塑性分析中如何确定高层建筑的损伤程度？高性能结构与防倒塌新阻尼模型论文 | 频域分布任性变，开源程序免费领新论文：中柱节点向上和向下冲剪破坏引起的板柱子结构连续倒塌研究新论文：有限元携手物理引擎，倒塌模拟新思路新论文：美国佛罗里达公寓大楼倒塌的初步分析和讨论综述论文：建筑结构抗震“体系能力设计法”综述新论文：不同钢筋构造对RC板柱节点冲剪破坏后性能的加强作用新论文：地震－连续倒塌综合韧性防御超高层体系新论文：基于数字孪生的强震下大跨斜拉桥倒塌易损性评估新论文丨不同冲剪方向下板柱节点抗倒塌性能研究新论文：大跨斜拉桥的非线性模型更新及倒塌预测新论文：新一代地震-连续倒塌综合防御组合框架——综合韧性防御组合框架新论文：中柱失效后混凝土板柱结构承载性能影响因素研究新论文：不同冲剪方向下板柱节点抗倒塌性能研究新论文：次边缘柱失效后钢筋混凝土平面框架连续倒塌承载力的试验分析和计算评估新论文：基于集群计算的大跨斜拉桥精细有限元模型更新新论文：钢筋混凝土板柱节点冲切及冲切破坏后行为的数值模拟新论文：边柱以及边中柱失效后平板结构连续倒塌行为试验研究新论文：抗震&防连续倒塌：一种新型构造措施新论文：混凝土梁柱子结构连续倒塌动力效应的试验研究层间位移角判别准则不适用于剪力墙，怎么办？|新论文：基于曲率的剪力墙损伤评估方法新论文：地震-连续倒塌综合防御组合框架结构体系研究新论文：改变框架-核心筒结构剪力调整策略对其抗震性能影响的研究新论文：新型地震和连续倒塌综合防御韧性PC框架承载力计算方法新论文：角柱失效后平板结构连续倒塌行为实验研究新论文：受折纸启发的可更换承载-耗能双功能耗能器新综述论文：21世纪建筑结构连续倒塌和鲁棒性的研究和实践新论文：中柱失效后板柱结构连续倒塌传力机理研究新论文：一根钢筋混凝土梁，承载力你能算对么？| 梁的压拱效应计算方法新论文：这个混凝土框架能抗震，能防连续倒塌，还功能可恢复，您不进来看看么？新论文：一个好汉三个帮|带端部阻尼器伸臂桁架的抗震性能试验研究新论文：防屈曲支撑伸臂桁架？几个“狗骨头”可少不了！新论文：考虑楼板影响的钢筋混凝土框架边柱连续倒塌试验新论文：提高地震荷载分项系数，抗震安全性提高了多少？新论文：采用减振子结构来控制超高层建筑的地震楼面加速度新论文：500m级超高层建筑简化模型及其在结构体系对比中的应用606m 超高层建筑OpenSees模型来源：陆新征课题组
