基于小波变换的地震地面运动仿真研究

运用小波变换估计的实际地震波时变谱和三角级数法进行非平稳的地震动仿真研究 ,与基于多重过滤和短时傅氏变换的仿真结果比较 ,表明小波变换估计的时变谱更真实、准确地反映了地震动的非平稳性质 ,生成的人造波与实际地震波在时频特性上更为接近     

基于三角级数法合成多维多点非平稳地震动

输入正确的地震动对桥梁结构地震响应分析尤其重要。为了更真实地模拟实际地震动空间效应和非平稳性,文章基于三角级数法合成非平稳地震动时程,再将其逆转换为加速度反应谱,并与目标反应谱对比,采用频域方法迭代修正时程幅值,最后得到满足要求的地震动时程曲线。将合成的地震动和实际地震动对结构响应进行对比分析,对比发现本文所合成的人工地震动时程具有实际地震动的相应特性,且更符合实际,可为大跨度结构抗震分析提供更为真实的输入条件。     

完全非平稳多点人工波的模拟方法

在考虑地震动空间变化效应的基础上,提出了模拟完全非平稳多点人工波的思路,并用MATLAB编写了相应的程序。针对Clough-Penzien功率谱密度函数,建议了模拟多点地震动的峰值因子的取值。该方法不仅全面考虑了地震动的空间变化效应,即行波效应、部分相干效应和局部场地效应,而且在考虑地震动强度非平稳特性的同时,还考虑了频率非平稳特性。强度非平稳特性通过传统的包络函数来考虑,频率非平稳特性通过相位差谱来体现。用周期-频度谱验证了人工波的频率非平稳特性,并用不规则指数分析了地震波的不规则程度。分析表明：生成的人工波具有明显的强度和频率非平稳特性,而且能较好的反映硬土场地和中硬土场地上地震动随距离的衰减特性。     

基于高斯函数的完全非平稳地震动多峰模型及其应用

地震动非平稳特征对非线性结构地震反应的影响不可忽视,并且地震动非平稳特征的准确描述对工程用人工地震波的生成也具有重要意义。在非平稳过程谱表现法的基础上,采用多个高斯函数叠加的包络函数对各频率分量进行调制,建立了一种更加符合地震动非平稳特征的多峰演变功率谱密度模型;基于广义谐和小波,利用Spanos-Tratskas方法计算实际地震动的演变功率谱密度,在预识别峰值相关参数的基础上采用遗传算法进行模型参数识别;选取KiK-net地震波数据库中近2 500条实际地表地震动记录,验证本模型的适用性,通过算例进行了实际应用。结果表明,所提出的多峰演变功率谱密度模型可以实现强度调制在各频率点的自适应性,特别是在中高频段能较好模拟地震动的多峰特征。通过基于高斯函数的多峰演变功率谱密度模型及其参数识别,将地震动的非平稳特征提取到模型参数中,使得地震动非平稳特性的研究可以通过对其参数的分析实现。所提出的模型可以为地震动非平稳特性的研究提供参考。     

基于相位差谱与幅值谱的人造地震动的反应谱拟合

首先,利用相位差分谱与非平稳强度包络线的相似关系确定地震动的相位角,根据速度谱与傅里叶幅值谱的形状相似来近似地震动的幅值谱,然后,通过在频域内调整傅里叶振幅谱的方法合成加速度时程.算例分析结果表明,该算法所得到的人工地震动时程对目标谱具有较好的精度.     

非平稳地震地面运动分析方法及模型综述

地震引起的地面运动是短暂的和非平稳的,地面运动的强度和频率都具有时变性,结构的分析和设计必须考虑地面运动的非平稳特性。文中回顾和总结了非平稳地震动分析方法,主要包括短时傅立叶变换、瞬时谱、双频谱法、演变谱法、小波变换、非平稳ARMA模型和HHT变换。同时介绍了常用的非平稳地震地面运动模型。在论述各种方法和非平稳地震动模型的同时,对国内外研究发展状况给出了简要的评述,并对非平稳地震动未来分析方法和模型发展趋势做出了预测和展望。     

基于谐和小波的空间变化地震动时变延迟相干函数估计

空间变化地震动的非平稳特性会对大跨结构非线性响应产生显著影响。地震动建模多采用时变互谱或时变延迟相干函数描述空间变化地震动的非平稳特性。本研究发展了一种基于广义谐和小波的时变互谱估计方法,并将其应用于实测地震动记录的时变延迟相干函数估计中。首先,基于Spanos和Failla提出的演变功率谱估计方法,采用广义谐和小波推导了非平稳过程时变互谱的估计公式。由于具有频域非重叠特性,非平稳过程的时变互谱可由广义谐和小波系数显式给出。之后,利用广义谐和小波对台湾SMART-1台站组Event45地震实测地震动的时变延迟相干函数进行了估计。估计结果表明,在地震动强度平稳段,延迟相干函数峰值约为0. 8,且具有明显的随频率衰减现象;在地震动强度上升段和衰减段,延迟相干函数峰值约为0. 4,随频率衰减现象不明显。     

地震动时-频特性对土层场地地震反应的影响

地震动非平稳特性对土层反应有重要影响。为了能够近似定量控制基岩地震动输入特性,文章首先基于时-频包线函数建立能够表征地震动频率非平稳特性的地震动拟合方法;然后选择3条主频率变化不同的加速度记录,引入两种不同的包线函数分别模拟地震动强度或频率非平稳特性,设计了用于土层地震反应分析的三种输入方案,拟合完成42条加速度时程;最后,采用非线性场地反应计算方法对三类土体模型进行计算,分析基岩地震动频率非平稳性对地表PGA和加速度反应谱的影响。结果表明：①文章基于时-频包线函数建立的地震动拟合方法能够近似定量控制目标地震动强度与频率非平稳特性,可用于基岩地震动输入的拟合;②当基岩地震动主频率变化显著时,不考虑频率非平稳则存在低估地表地震反应的风险,且场地越硬、基岩峰值越大,低估程度越显著;③地震动频率时变特征对土层地表反应谱高频部分(2～5Hz)的影响与地震动高频成分集中的时间和土层性质相关：当基岩地震动高频成分集中在强震段时,采用仅考虑强度非平稳的拟合方法可在较硬场地得到相对保守的结果;④地震动频率随时间的变化对反应谱放大系数的影响与场地类型和反应谱周期有关,当基岩峰值较大时,对较硬场地5Hz左右的频率成分影响更大,但对三、四类场地条件,则对1Hz左右的土层反应影响更大。因此在拟合基岩地震动时,特别是输入地震动的峰值较大时,应结合结构自振周期、场地条件、工程需要等因素,考虑基岩地震动输入的频率随时间的变化特征,采用全非平稳方法进行人工地震动模拟。文章的研究成果对工程实践中合理设置基岩地震动模拟参数具有重要的指导意义。     

空间变化的非平稳地震场模拟

应用谐波合成法模拟了空间变化的非平稳地震波加速度时程，采用FFT算法极大地提高了模拟效率。采用的非平稳地震动功率谱模型是根据多次地震动记录出的，既考虑了多点激励的行波效应，又考虑了地震动的空间相干性，具有广泛的代表意义。     

完全非平稳地震动演化功率谱模型及其工程应用

基于平稳地震动过程的过滤白谱功率谱模型,提出一种能够实现时变谱能量描述的完全非平稳时变功率谱参数化模型,并通过参数识别获得具有工程意义的模型参数。采用基岩滤波器对K-T谱进行修正,使得时变谱参数具有明确的物理意义,并更加符合基岩地震动的物理特性;基于广义谐和小波变换得到地震波的时频分布,并通过Spanos-Tratskas方法估计出实际地震动的目标时变功率谱,引入遗传算法及二次优化技术,拟合时变参数的数学表达式,建立完全非平稳的地震动时变功率谱模型,模型参数识别过程采用了日本KIK-net强震数据库,并将其按照我国场地类别重新分类,最后验证该模型的有效性与适用性。该文提出的地震动随机模型为更加准确地描述地震动提供了参考,并为完全非平稳地震波的生成提供了依据。