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1、河南理工大学毕业设计 外文翻译- 1 -生命线工程的研究进展生命线工程的研究进展李杰（同济大学建筑工程系，上海 200092，中国）摘要摘要：本篇文章概述了生命线工程研究中的关键事件和若干进展。研究话题包括：随机地震动场的波动数值模拟、工程结构非线性地震反应的概率密度演化分析方法、大型生命线工程网络系统的抗震可靠性分析与优化等。在论述研究进展的同时，对若干相关的国内外研究发展状况作了简要的评述。对生命线工程研究的未来发展给出了一些建议。关键词关键词：生命线工程；地震；结构；可靠性；网络；优化引言引言生命线工程是维系现代城市与区域经济、社会功能的基础性工程设施与系统，其典型对象包括区域电力与交通
2、系统、城市供水、供气系统、通讯系统等。在强烈灾害(如地震、风暴等)袭击下，生命线工程的破坏可以导致城市乃至区域社会、经济功能的瘫痪。例如：在1995年日本阪神大地震中，神户地区供水系统主干供水管网破坏1610处，导致11万用户断水，一周后仅修复三分之一，全部修复工作持续三个半月。与此同时，该地区供气系统、供电系统也都遭受了严重破坏。由于生命线工程系统的耦联作用，还导致了严重的次生灾害。20世纪70年代中期，由于美国圣费尔南多地震的影响，一批美国地震工程学家正式提出了生命线地震工程的概念旧。3J。实际上，若对生命线工程的研究对象与研究问题加以认真地考察，则不难发现：在研究对象上，生命线工程研究包
3、括了生命线工程结构、生命线工程网络、复合生命线工程系统三个基本层次。而在研究问题上，则可以分为抗灾设计号|生态控制两大基本领域H J。近三十年来，在世界范围内，尤其是西方发达国家，对生命线工程研究的重视程度有增无减。例如：1998年，美国联邦紧急事务署与美国土木工程师学会联合成立美国生命线工程联合会(ALA)，统一协调生命线工程科学研究、技术开发与工程实践等方面的工作。2004年，在加拿大召开的世界地震工程大会上，生命线工程的研究进展被列为大会10个专题报告之一。由于生命线工程涉及到重大土木河南理工大学毕业设计 外文翻译- 2 -工程抗灾、工程系统的可靠性与耐久性、工程结构与工程系统的安全性监
4、测与控制等土木工程发展中的一系列关键科学与技术问题，从一定意义上说，生命线工程研究已成为现代土木工程研究的基本推动力量。在过去十年间，国内外在生命线工程研究中取得了系列的重要进展。以生命线工程抗震为例，主要进展包括：(1)在大尺度地震动场的物理模拟与随机地震动场研究中取得了有意义的进步；(2)在复杂结构的非线性破坏机理方面开始有了深入的认识。与材料本构关系研究相结合，确定了结构全过程、全寿命设计的基本概念，并逐步把关于结构非线性破坏机理的规律性认识应用于结构基于性态的设计理念之中；(3)对工程结构与工程系统中存在的不确定性进行了广泛的探索。概率密度 演化分析理论的提出，有可能为大型复杂工程结构
5、的抗灾可靠性设计奠定理论 基础；(4)在大型复杂工程网络可靠性分析方面取得重要进展。以此为基础，现有 研究工作已经将触角延伸到网络抗灾可靠性优化领域，从而可能实现工程系统层面的优化设计；(5)复合生命线工程系统的灾害模拟逐步得到重视，并在现代城市的综合灾 害防御中开始占据一席之地。本文拟摘要概述上述研究进展，与此同时，简要评述国际上的相关研究状 况。1 1 工程场地地震动随机场的波动数值模拟工程场地地震动随机场的波动数值模拟在一般中小尺度结构的地震反应分析中，经常假定在结构基底各点处的地震动输入完全相同，即所谓的一致输人。然而，在研究实践中人们发现：对于大型桥梁、大跨空间结构(如机场建筑)、工
6、程管线等生命线工程结构，采用一致输人假定可能导致结构地震反应的显著偏差。因此，如何正确地确定地震动空间变化模型，成为生命线工程抗震研究中带有基础性的课题之一。20世纪90年代中期以前，关于地震动场的研究大多基于对密集地震动台阵河南理工大学毕业设计 外文翻译- 3 -强震记录的统计分析。其中，最具代表性的模型当推1996年Kiureian提出的多因子乘积形式的相干函数模型-8 J。研究发现：地震动相干函数模型大多存在对于特定强震观测台阵的依赖性问题。这在一定程度上揭示出场地因素对于地震动相干函数的影响。实际台阵观测记录表明：密集台阵基岩处的相干函数统计结果具有一定的稳定性，而非基岩场地的地震动相
7、干函数，即使对于同一台阵记录也会表现出明显差异归。因此，在国际上出现了利用场地地震反应分析方法研究地震动相干函数的研究实例。例如，1997年，美国zea教授和她的合作者采用弹性半空间模型，解析求解了具有随机介质场地的地震动相干函数。在我们近年来的研究工作中，则从发展工程场地的随机波动分析方法人手，逐步完成了确定性介质场地的随机波动分析、随机介质场地的随机波动分析等系列研究工作，初步实现了一般工程场地的地震动随机场的波动分析技术。这一工作的基本内容如图1所示。 对于确定性工程场地，由廖振鹏院士提出的近场波动的有限元数值分析技术提供了场地地震反应分析的良好工具。当采用人工边界模拟无限域时，场地河南
8、理工大学毕业设计 外文翻译- 4 -地震动的控制方程为：式中：M、C、K分别为有限元方程决定的局部场地质量矩阵、阻尼矩阵与刚度矩阵；R(t)为随机波动输入；五为场地位移反应、速度反应和加速度反应向量；矗为人工边界点的位移向量，其上标表示计算时刻，下标表示空间离散计算点的坐标；为二项式组合系数。N jC考虑工程场地介质的随机性，式(1)中的C与K皆应为随机矩阵，这就引出了随机场地的波动分析问题。采用本文作者所发展的正交分解分析方法，可以通过引入关于随机响应向量的次序正交展随机波动方程及其边界条件转化为如下的扩阶系统方程与扩阶边界条件：式中：分别为扩阶质量矩阵、扩阶阻尼矩阵和扩阶刚度矩阵；F(t)
9、为,MKCAAA扩阶波动输入；为扩阶位移向量、速度向量和加速度向量；x为与人工边, ,X x x Chen Jianbing Probability density evolution method for dynamic response analysis ofstructures with uncertain parameters 200423Li Jie;He Jun A reeursive decomposition algorithm for network seismic reliability evaluation 200224包元锋生命线工程网络系统抗震可靠性分析与优化学位论文 2003
