基于小波包方法的非平稳地震动模拟和设计谱拟合

提出了一种基于小波包分解和重构的模拟非平稳地震动并拟合设计谱的方法.该方法模拟出工程用地震动并调整频率分量,使其以一定的精度拟合设计谱.首先,利用5个参数生成了构成地震动加速度时程的小波包系数矩阵,并通过小波包重构获得加速度时程,该系数矩阵模拟了实际地震记录中频率随持时逐渐减小的特点.其次,将模拟的地震动利用小波包分解方法分解为具有高分辨率非重叠的小波包系数矩阵,然后根据设计谱调整频率分量.数值算例表明,该方法模拟的不同持时的加速度时程均能吻合同一设计谱,且迭代后仍然能保留地震动的非平稳特性.另外,该方法具有较稳定和较快的收敛过程,能在有限次调整迭代中实现较高的拟合精度.     

基于建筑抗震规范的随机地震动时程生成

基于建筑抗震规范反应谱,利用反应谱与功率谱之间的近似转换关系,将规范反应谱转换为功率谱,并结合强度调制函数来构造演变功率谱.应用非平稳随机过程模拟的谱表示—随机函数方法,即可生成随机地震动的代表性时程集合.为了使生成的随机地震动代表性时程能够应用于工程结构抗震设计,需要对功率谱进行迭代修正,直到代表性时程的平均反应谱与规范反应谱拟合一致.结果表明,该方法简便有效,具有足够精度,可在实际工程中推广使用.     

近场脉冲型地震动作用下设计位移反应谱

选取属于特定震源机制、场地平均剪切波速、震级和断层距下的36条近场脉冲型地震记录作为输入,按照速度脉冲周期对地震记录进行分组,运用Matlab进行脉冲型地震动作用下的位移反应谱计算,采用标准化和平均化的方式研究位移反应谱的特征,用分段线性拟合方法建立以速度脉冲周期作为特征周期的设计位移反应谱,给出位移反应谱的峰值和分段周期。研究结果表明:脉冲型地震动下位移反应谱的谱形呈现出4个阶段,谱特征周期近似等于速度脉冲周期,经标准化和平均化后的谱峰值约等于2.2,文中给出的设计位移反应谱能较好地拟合平均位移反应谱。     

基于演变谱和正交化HHT法的类谐和长周期地震动合成

结合演变谱理论和正交化HHT法的优点,建立了一种能同时反映强度和频率非平稳特性的地震动人工合成方法.选取1999年台湾集集地震中的2条类谐和长周期地震动记录作为原始地震动进行了人工合成,并进行了局部功率谱密度分析和反应谱分析.分析结果表明,本文建立的地震动合成方法能实现对地震动频率非平稳性的模拟,合成的类谐和长周期地震动时程与原始地震动时程在能量时频分布上具有较好的一致性,且弹性反应谱及弹塑性反应谱的拟合精度较高,可供工程结构地震反应分析使用.     

长周期地震动的能量反应谱

选取139条长周期地震动记录作为输入,研究了恢复力模型参数(恢复力模型、刚度比η、阻尼比ξ、位移延性比μ)和地震动特性(周期T、震级MW、场地、PGA)对长周期地震的输入能量谱SEI、滞回耗能谱SEH和阻尼耗能谱SED的影响.研究表明:1)恢复力模型对长周期(常规)地震能量谱的影响很大(小);η对长周期和常规的地震动的能量谱的影响都很小;随着ξ增加,长周期(常规)地震的SEI的长周期段谱值增大(减小);随着μ增加,长周期(常规)地震的SEH的峰值平台段延长(缩短)且峰值降低(增大).2)MW越大,结构损伤越大;场地土越软,能量谱值越大;若已知基准PGAref的能量谱,其他PGAoth的能量谱可由(PGAoth/PGAref)2调整得到.基于以上的参数影响研究,采用三段式拟合函数,建立了长周期地震弹性输入能量设计谱,并拟合了μ和ξ对长周期地震能量谱的影响公式,进而得到长周期地震非弹性输入能量设计谱.     

云南永胜地震记录速度反应谱特性研究

利用云南省永胜县Ms 6.0级地震记录,根据单自由度体系的运动方程用Matlab编程求解得到速度反应谱,计算V/PGV并对该放大系数反应谱进行研究。随机挑选了100条周期为6 s的反应谱来研究,并以反应谱峰值所处区间的不同分成两类。先根据传统方法大概判断反应谱的几个拐点并统计其坐标,用三参数Weibull分布对所选取的每个拐点群进行K-S检验,检验得到所选反应谱拐点是可接受的,并求得反应谱各个拐点期望值。以几个拐点期望值为设计反应谱的分段点,结合实测地震动反应谱曲线,运用最小二乘法拟合得到四段式设计反应谱,最后对设计反应谱与实际反应谱进行误差分析验证。     

基于谐波小波的非平稳地震动时频功率谱研究

研究地震动非平稳性较好的工具是时频局部化分析,小波变换理论具备这一特点.文章根据离散小波变换原理,基于谐波小波推导出了小波变换系数与地震动功率谱密度函数关系的数学模型;并对EL-centro地震记录进行了时频谱分析,验证了该模型是合理的;然后针对2001年云南永胜地震的455条加速度地震动记录进行了功率谱分析,得到了该地区地震动的特征参数.最后根据得到的大量周期域内功率谱曲线,提出了三段式的目标功率谱函数.     

基于近期大地震特征的核电站设计谱

为了评价现行核电站抗震设计反应谱的安全性,基于汶川和集集2次大地震基岩场地的强震动记录,通过对地震动主要参数和反应谱的分析,提出了基于规准和双规准伪速度反应谱不同区段特征确定目标地震设计谱的方法,给出了基于2次地震目标谱的距离相关核电设计谱,并与规范谱进行了比较.分析结果表明:大地震地震动具有长持时、长周期性的特点;地...     

水平弹性双参数位移谱模型

为了得到可供基于位移抗震设计使用的水平弹性位移谱,首先采用CampbellBozorgnia地面运动预测方程,研究了矩震级、断层距和场地类别对水平弹性位移谱的影响;然后指出了我国《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010中设计反应谱存在的问题;最后针对设计反应谱的不足,提出了包含场地地震动峰值加速度和速度的水平弹性双参数位移谱模型.研究表明:位移谱平台段起始周期是确定位移谱谱形的重要参数,其主要受矩震级的影响,随矩震级的增加而显著增加;场地地震动峰值速度与峰值加速度之比与矩震级存在正的强相关性,矩震级的影响可以通过在位移谱模型中包含该比值来体现;本文提出的双参数位移谱能较好地拟合实际强震记录位移谱;提供每一设防水准的地震动峰值加速度和速度区划图,并在抗震规范中给出每一设防水准的各类场地地震动峰值加速度和峰值速度的场地放大系数,可在规范中实现本文提出的双参数位移谱模型.本文的研究结果可为我国抗震设计规范的制订和修改提供参考.     

长周期地震动参数及频谱特征

收集多年来国内外大量地震记录,根据其傅里叶谱的分布形式筛选出近场长周期、远场长周期以及普通地震动等三类,比较分析三者的参数特征,统计分析其平均反应谱及平均规准反应谱,采用最小二乘法对平均规准加速度反应谱进行拟合,并与规范设计谱进行对比.结果表明,长周期地震动反应谱出现峰值的周期较大.针对长周期地震动,建议规范设计谱的平台值以及特征周期应有所提高.     

断层破裂速度对地震动影响的离散波数有限元法模拟

地震断层的破裂速度是断层破裂过程中的一个重要参数,它对近场地震动及其空间分布,特别是近场地震动的方向性特征有着重要的影响．为从理论上分析断层不同破裂速度对地震动方向性效应的影响,根据设定地震和根据统计关系得到的震源参数,采用离散波数有限元方法数值模拟不同破裂速度下地表观测点的地震动时程,分析地震动的峰值、反应谱和持时3个基本参数及其空间分布特征．研究表明：在地震马赫数为0．700～0．925的破裂速度范围内,断层破裂值均会使地震动及其分布呈现明显的方向性特征;断层破裂前方的地震动峰值和反应谱值大于破裂后方的地震动值,地震动持时则相反;在断层破裂方向的末端一定距离内存在一个典型的区域,在此区域内的地震动显著受到方向性的影响和控制,其地震动峰值和反应谱值显著高于其他区域,而持时则低于其他区域．总之,破裂速度对地震动及其分布的方向性特征有重要影响,随着破裂速度逐渐接近于剪切波速,地震动的方向性特征也越来越明显．     

覆盖层厚度对远场长周期地震动能量特性的影响研究

选取汶川8.0级地震中陕西省6个台站的东西向地震动加速度记录,通过HHT计算了各条地震动和其IMF分量的Hilbert能量和输入能量,对比分析了覆盖层厚度对远场长周期地震动能量特性的影响。结果表明：随着覆盖层厚度的增加,地震动的HE峰值、输入能量和Hilbert能量平均周期T_mE逐渐增加,当覆盖层厚度大于400m时,地震动能量主要分布在低频区域,具有显著的长周期特性;当覆盖层厚度为0或很小时,地震动能量主要集中在前2-3阶IMF分量中,多个IMF分量的HE峰值较大,卓越IMF分量对结构的影响较小;随着覆盖层厚度的增加,地震动能量主要集中在高阶IMF分量中,仅1-2个IMF分量的HE峰值较大,其余分量均很小,卓越IMF分量的平均周期T_mE和原始地震动十分接近,对结构的破坏起主导作用,应重点研究。     

近断层长周期地震动前向性效应对峰值影响研究

筛选了断层距不大于15km的具有前向性效应的长周期近断层地震记录,分类汇总建立了统计分析数据样本库,对长周期地震动的竖向分量和水平向分量峰值比进行了分析,研究了震级、脉冲周期、不同分量对峰值加速度比的影响。在此基础上,采用前期建立的回归分析模型,对长周期地震动竖向分量和水平向两分量的峰值加速度进行了回归分析,拟合给出了峰值参数与震级和断层距的衰减关系式,通过拟合曲线与数据样本的峰值实测值对比,说明拟合关系式在一定的范围内可以用于近断层长周期地震峰值的预测。     

近断层地震加速度设计反应谱

研究了近断层地震的加速度设计反应谱,选择了30次地震,132组近断层地震记录作为统计样本,根据得到的实际地震波的平均弹性加速度反应谱,给出了近断层地震设计弹性加速度反应谱表达式,并在此基础上,给出了近断层地震设计非弹性加速度反应谱计算公式.研究结果表明:提出的近断层地震设计弹性加速度反应谱与实际地震波平均弹性加速度反应谱较为接近,所建议的近断层地震加速度设计反应谱形式较为简单.     

基础隔震结构能量反应分析

对铅芯橡胶支座基础隔震结构进行了能量反应分析,研究了地震波峰值、基础隔震结构基本周期对结构总输入能量的影响,并对结构进行了耗能分析,表明随着地震波峰值的增大,结构的总输入能量增大,随着基础隔震结构基本周期的增大,结构的总输入能量减小;基础隔震结构总输入能量的85%左右被隔震系统耗散,使上部结构得到有效保护.     

近场地震动加速度脉冲的小波变换识别

近场加速度脉冲很早就被人们观察到,由于其对结构的不利影响,多年来一直为不少研究者所关注.以往的研究者多从速度脉冲的研究入手,近来有学者直接分析加速度脉冲,比如利用EMD分解来得到高频和低频的加速度脉冲.利用小波变换来分解加速度时程,得到其高频和低频分量,并从中识别加速度脉冲.通过从反应谱和结构非线性响应两个方面的对比,证明了小波分解的可靠性,从而保证了识别的加速度脉冲的准确性.     

利用小波变换技术求解钢筋混凝土框架地震反应

基于离散正交小波变换的快速Mallat算法,用紧支集正交小波db6对地震动加速度时程进行了分解,随后将该分解结果用于求解多自由度弹性体系的地震反应。通过实例计算,发现小波变换法的计算结果与用振型分解法计算的结果较接近,说明该方法用于地震反应分析是可行的。     

采用时频滤波技术的近断层脉冲地震人工模拟

利用现代时频分析工具S变换的时频滤波特点,把反映场地局部特征的实际远场地震波或人工合成的远场地震波在等效速度脉冲的发生时间段实行时频滤波,再与等效速度脉冲叠加,生成既能反映场地局部特征又能反映近断层脉冲地震特点的人工近断层脉冲地震时程.通过数值算例,得到的人工近断层地震波与原始波有相似的时频特征,而功率谱密度函数在高频段与建筑抗震规范相容的目标功率谱一致,该波的峰值加速度还与抗震规范中相应烈度的峰值一致,可供近断层地区结构抗震分析使用.     

近断层地区抗震设计谱研究

预测近断层地区的抗震设计谱可以为该地区工程结构的抗震设计提供依据.通过对28条具有明显方向性效应特征的近断层地震动峰值速度、速度脉冲周期的统计分析,给出了估计近断层方向性效应脉冲地震动峰值速度和脉冲周期的经验关系式.对2种场地上脉冲地震动ATv/V的研究表明,岩石场地上的ATv/V值明显大于土层场地的ATv/V.基于近断层地震动的这一特征,建议了岩石和土层场地的等效脉冲地震动模型.基于脉冲地震动参数的经验关系式和简单的脉冲地震动模型给出了近断层地区岩石和土层场地上考虑方向性效应影响的设计谱.与规范设计谱的比较结果表明,我国设计谱的取值偏低,尚需考虑近断层脉冲型地震动的影响.     

脉冲型地震动模拟与隔震桥墩性能的能量分析

用改进的三角函数方法来模拟近断层地震地面激励,对非线性隔震桥梁单墩模型进行了地震响应和能量分析.通过对波形、脉冲周期和峰值速度等地震动参数的调整来表征不同的脉冲效应,在前向、前后向和多环3种不同的脉冲渡作用下,隔震桥墩反应规律类似,以第3种冲击形式结构的响应值最大、输入结构的地震动能量最多.脉冲周期是决定地震动破坏能力的重要参数,通过定义累积滞回耗能比和瞬时耗散能量比,表明隔震支座有效耗能能力在短周期脉冲作用下较小,在长周期部分趋于稳定,而在中短周期部分单纯依靠隔震支座耗能不足以有效降低地震危害.通过引入瞬时输入能量概念,表明瞬时地震输入能量和结构地震响应密切相关,用瞬时输入能量来表征地震动强度是合适的指标.