Seismic Damage Analysis of Frame Structures Spanning Ground Fissures Based on Neural Network

XIONG Zhongming; XIONG Junlong; WANG Zekun; CHEN Xuan

doi:10.13409/j.cnki.jdpme.20221209002

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Seismic Damage Analysis of Frame Structures Spanning Ground Fissures Based on Neural Network

更新时间：2025-09-25

- Seismic Damage Analysis of Frame Structures Spanning Ground Fissures Based on Neural Network
- Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering Vol. 44, Issue 2, Pages: 362-371(2024)
- 作者机构：
  
  1.西安建筑科技大学土木工程学院，陕西西安 710055
  2.西安建筑科技大学结构工程与抗震教育部重点实验室，陕西西安 710055
  3.陕西省结构与抗震重点实验室，陕西西安 710055
  4.西北政法大学基建处，陕西西安 710122
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.20221209002
  CLC： TU375.4
- Received：09 December 2022，
  
  Revised：2023-01-18，
  
  Published：25 April 2024
- 稿件说明：
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熊仲明,熊俊龙,王泽坤等.基于神经网络的跨越地裂缝框架结构地震损伤及预测研究[J].防灾减灾工程学报,2024,44(02):362-371.

XIONG Zhongming,XIONG Junlong,WANG Zekun,et al.Seismic Damage Analysis of Frame Structures Spanning Ground Fissures Based on Neural Network[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2024,44(02):362-371.
熊仲明,熊俊龙,王泽坤等.基于神经网络的跨越地裂缝框架结构地震损伤及预测研究[J].防灾减灾工程学报,2024,44(02):362-371. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20221209002.

XIONG Zhongming,XIONG Junlong,WANG Zekun,et al.Seismic Damage Analysis of Frame Structures Spanning Ground Fissures Based on Neural Network[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2024,44(02):362-371. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20221209002.

摘要

为开展特殊地质环境下结构的损伤分析，以一跨越西安f

地裂缝的五层框架结构为研究对象，基于振动台试验和ABAQUS有限元分析结果，进行了BP神经网络模型的模型训练，选取变形和能量组合形式的双参数损伤模型计算结构损伤指标，采用加权系数法，开展了构件、楼层、结构三个层面的损伤预测分析，给出了不同地震作用下结构损伤程度评估。结果表明：地裂缝场地结构表现出明显上下盘效应，结构首层为薄弱层。BP神经网络损伤预测值与有限元计算值在不同工况下均较为一致，其对于构件、层间、整体结构损伤指数预测最大误差分别为8.86%、5.66%、7.57%，该研究成果为跨越地裂缝结构的性能评估提供一种准确且高效的研究方法。

Abstract

To carry out structural damage analysis on structures under special geological conditions

a five-story frame structure spanning the f4 ground fissure in Xi'an was taken as the research object. Based on the results from shaking table tests and ABAQUS finite element analysis

a BP neural network model was trained. A two-parameter damage model combining deformation and energy was employed to calculate structural damage index. The weighted coefficient method was used to carry out the damage prediction analysis of components

floors

and structures

providing evaluations of structural damage under different seismic impacts. The results showed that the structure on the ground fissure site exhibited a significant hanging-wall/footwall effect

with the first layer being the weak layer. The BP neural network's damage prediction values closely aligned with the finite element calculation values across different conditions. The maximum prediction errors for components

inter-layer

and overall structural damage indices were 8.86%

5.66%

and 7.57%

respectively.

关键词

Keywords

references

张家明 . 西安地裂缝研究［M］. 西安：西北大学出版社， 1990 .

Zhang J M . Research on ground fissures in Xi'an City ［M］. Xi'an ： Northwest University Press ， 1990 . （in Chinese）

阎文中 . 西安地裂缝与地面沉降灾害经济损失评估［J］. 上海地质， 2010 ， 31 （ 1 ）： 32 - 37 .

Yan W Z . Evaluation on disaster economic losses of Xi'an ground ［J］. Shanghai Geology ， 2010 ， 31 （ 1 ）： 32 - 37 ．（in Chinese）

Liu N ， Huang Q ， Ma Y ， et al . Experimental study of a segmented metro tunnel in a ground fissure area ［J］. Soil Dynamics and Earthquake Engineering ， 2017 ， 100 ： 410 - 416 .

熊仲明，韦俊，郭亚雷，等 . 非一致性地震作用下跨越地裂缝结构的动力响应研究［J］. 振动与冲击， 2018 ， 37 （ 4 ）： 197 - 202 .

Xiong Z M ， Wei J ， Guo Y L ， et al . A study on the dynamic response of structures across ground fissures under non-uniform seismic ［J］. Journal of Vibration and Shock ， 2018 ， 37 （ 4 ）： 197 - 202 . （in Chinese）

慕焕东，邓亚虹，常江，等 . 西安地裂缝场地动力响应规律振动台模型试验研究［J］. 岩石力学与工程学报， 2020 ， 39 （增1 ）： 3139 - 3149 .

Mu H D ， Deng Y H ， Chang J ， et al . Shaking table model test study on dynamic response of Xi'an ground fissure site ［J］. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering ， 2020 ， 39 （ Sup1 ）： 3139 - 3149 . （in Chinese）

Kudva J N ， Munir N ， Tan P W . Damage detection in smart structures using neural networks and finite-element analyses ［J］. Smart Materials and Structures ， 1992 ， 1 （ 2 ）： 108 .

Lee J W ， Yi J H ， Kim J D ， et al . Health monitoring method using committee of neural networks ［J］. Key Engineering Materials ， 2004 ， 270 ： 1983 - 1988 .

王柏生，倪一清，高赞明 . 框架结构连接损伤识别神经网络输入参数的确定［J］. 振动工程学报， 2000 ， 13 （ 1 ）： 141 - 146 .

Wang B S ， Ni Y Q ， Gao Z M . Input parameters for artificial neural networks in frame connection damage identification ［J］. Journal of Vibration Engineering ， 2000 ， 13 （ 1 ）： 137 - 142 . （in Chinese）

姜绍飞，刘明，倪一清，等 . 大跨悬索桥损伤定位的自适应概率神经网络研究［J］. 土木工程学报， 2003 ， 36 （ 8 ）： 74 - 78 .

Jiang S F ， Liu M ， Ni Y Q ， et al . Research on adaptive probabilistic neural network for damage localization of a long-span suspension bridge ［J］. China Civil Engineering Journal ， 2003 ， 36 （ 8 ）： 74 - 78 . （in Chinese）

De Lautour O R ， Omenzetter P . Prediction of seismic-induced structural damage using artificial neural networks ［J］. Engineering Structures ， 2009 ， 31 （ 2 ）： 600 - 606 .

熊仲明，王超，林涛 . 基于神经网络的大跨钢结构缺陷损伤的定位研究［J］. 振动与冲击， 2011 ， 30 （ 9 ）： 191 - 196 .

Xiong Z M ， Wang C ， Lin T . Defect determination of large-span steel structure based on neural network ［J］. Journal of Vibration and Shock ， 2011 ， 30 （ 9 ）： 191 - 196 . （in Chinese）

Vazirizade S M ， Nozhati S ， Zadeh M A . Seismic reliability assessment of structures using artificial neural network ［J］. Journal of Building Engineering ， 2017 ， 11 ： 230 - 235 .

Park Y J ， Ang A H S . Mechanistic seismic damage model for reinforced concrete ［J］. Journal of Structural Engineering ， 1985 ， 111 （ 4 ）： 722 - 739 .

Park Y J ， Ang A H S ， Wen Y K . Seismic damage analysis of reinforced concrete buildings ［J］. Journal of Structural Engineering ， 1985 ， 111 （ 4 ）： 740 - 757 .

陈林之，蒋欢军，吕西林 . 修正的钢筋混凝土结构Park-Ang损伤模型［J］. 同济大学学报（自然科学版）， 2010 ， 38 （ 8 ）： 1103 - 1107 .

Chen L Z ， Jiang H J ， Lyu X L . Modified Park-Ang damage model for reinforced concrete structures ［J］. Journal of Tongji University （Natural Science Edition）， 2010 ， 38 （ 8 ）： 1103 - 1107 . （in Chinese）

欧进萍，何政，吴斌，等 . 钢筋混凝土结构基于地震损伤性能的设计［J］. 地震工程与工程振动， 1999 ， 19 （ 1 ）： 21 - 30 .

Ou J P ， He Z ， Wu B ， et al . Seismic damage performance based design of reinforced concrete structures ［J］. Earthquake Engineering and Engineering Dynamics ， 1999 ， 19 （ 1 ）： 21 - 30 . （in Chinese）

陈立伟 . 地裂缝扩展机理研究［D］. 西安：长安大学， 2007 .

Chen L W . Study on the propagation mechanism of ground fissures ［D］. Xi'an ： Chang'an University ， 2007 . （in Chinese）

赵武胜，陈卫忠，郑朋强，等 . 地下工程数值计算中地震动输入方法选择及实现［J］. 岩石力学与工程学报， 2013 ， 32 （ 8 ）： 1579 - 1587 .

Zhao W S ， Chen W Z ， Zheng P Q ， et al . Choice and implementation of seismic wave input method in numerical calculation for underground engineering ［J］. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering ， 2013 ， 32 （ 8 ）： 1579 - 1587 . （in Chinese）

熊仲明，韦俊，陈轩，等 . 跨越地裂缝框架结构振动台试验及数值模拟研究［J］. 工程力学， 2018 ， 35 （ 5 ）： 214 - 222 .

Xiong Z M ， Wei J ， Chen X ， et al . Research on shaking table test and numerical modelling of frame structure crossing ground fissure ［J］. Engineering Mechanics ， 2018 ， 35 （ 5 ）： 214 - 222 . （in Chinese）

Rumelhart D E ， Hinton G E ， Williams R J . Learning representations by back-propagating errors ［J］. Nature ， 1986 ， 323 （ 6088 ）： 533 - 536 .

张德丰 . Matlab神经网络应用设计［M］. 北京：机械工业出版社， 2011 .

Zhang D F . MATLAB neural network design ［M］. Beijing ： Mechanical Industry Press ， 2009 . （in Chinese）

欧进萍，何政，吴斌，等 . 钢筋混凝土结构的地震损伤控制设计［J］. 建筑结构学报， 2000 ， 21 （ 1 ）： 63 - 70，76 .

Ou J P ， He Z ， Wu B ， et al . Design controlled by seismic damage of reinforced concrete structures ［J］. Journal of Building Structures ， 2000 ， 21 （ 1 ）： 63 - 70，76 . （in Chinese）

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