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《北京工业大学》 2017年
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水库大坝强震应急支持技术应用基础和系统集成研究

许亮华  
【摘要】:强震后快速评估大坝震害程度,启动应急预案、组织抢险救灾,可以大大降低大坝次生灾害风险,是保障大坝本身和下游城镇安全的必要手段。大坝强震应急支持技术,主要研究内容是如何基于大坝强震动监测记录,融合数据采集处理、结构震后安全状态识别与仿真分析、震害调查评估、网络、GIS、数据库管理、数据发掘等技术,对大坝强震后进行安全评估、震害警报与应急管理决策。本文对地震预警技术、大坝强震动安全监测技术的研究应用现状和进展进行了概括总结,围绕水库大坝强震安全与应急支持相关的理论、技术及其工程应用开展研究工作,内容包括了大坝强震动安全监测、强震动监测数据处理、大坝结构模态识别、人造地震波生成、大坝震害调查评估等方法和技术,并采用C++语言开发了相应的应用软件系统。全文主要研究内容如下:1、构建了大坝强震动监测采集与预警系统。分析了强震记录触发、采集、分析、管理的要点,建立并针对大坝强震动安全监测特点,设计了强震记录触发和采集的算法及流程;研发了强震数据快速分析评估软件模块;规划了强震信息数据库;开发了水工建筑物强震记录数据分析软件;研发了大坝强震动监测与安全预警系统。根据远程管理需求,设计了远程管理的网络通信协议,开发了远程监测管理系统。所开发的强震动监测与安全警报系统已经投入实际应用,实现了大坝强震数据的数据库管理、快速分析、大坝震害指数分析与判断和远程管理等一系列功能。2、提出了大坝基频特性和非平稳反应规律的分析方法。在分析离散傅立叶变换方法存在的频谱泄露、栅栏效应等不利影响的特点和产生原因基础上,提出了结合平均周期图和ChirpZ变换、应用脉动数据进行基频特性分析的方法,算例表明,该方法可以有效降低栅栏效应,提高频谱分析精度。在分析HHT方法中存在的模态混淆等问题的基础上,研究了干扰数据对瞬时频率分析的影响,提出了基于自适应频带滤波的HHT变换改进方法,算例分析表明,该方法可以抑制模态混淆现象,提高瞬时频率求解精度。3、改进ITD和ERA方法。获得ITD方法的归一化振型系数求解方法,实现了ITD方法中模态追踪图绘制,可有效剔除噪声模态,提高结构模态识别精度。通过仿真算例验证了基于ITD法的NExT方法的有效性和可行性,也分析了不同信噪比、不同参考通道、不同窗函数对NExT方法的模态求解精度的影响;对ERA方法研究中提出了利用噪声权重设置来筛选噪声模态方法,同样也通过算例验证了该方法的有效性。此外,本文还开发了地震波生成软件,实现了对人造地震波反应谱拟合精度控制,三分向地震波同时生成,以及速度时程、位移时程分析等功能;在总结水工程震害调查的特点和方法基础上,提出了水坝震害等级划分指标,并且开发了的震害评估数据库软件。最后,集成上述成果,对大坝强震应急支持系统功能进行研发设计。
【学位授予单位】:北京工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TV698.13;TV312

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