基于三角函数的脉冲型近场地震动的近似模型

对用于模拟脉冲型地震动的Makris模型的适用性进行了评价,通过对脉冲周期的计算方法的比较分析,发现从该模型推导的由实测最大位移和最大速度计算得到的周期过小估计了近场地震动的脉冲周期。考虑地震动正负速度幅值的不同,提出了一种新的基于三角函数的脉冲型近场地震动的近似模型,该模型用于具有单循环的脉冲型地震动,可模拟位移完全不复位、完全复位和部分复位的地震动。通过比较实测地震动和近似模型的时程曲线和反应谱,证明新模型具有较好的适用性。     

基于经验模态分解的速度脉冲型地震动量化识别

对近场速度脉冲型地震而言,其速度时程的主脉冲形状通常是不对称的,为了克服该现象对量化识别速度脉冲型地震动带来的影响,基于经验模态分解（EMD）良好的自适应分解能力,该文建立了以本征模态函数（IMF）重构为基础的速度脉冲量化识别方法。使用该方法进行信号重构之后,能够有效实现信号的去噪平滑,进而通过峰点法（PPM）较为准确地确定脉冲周期,最终通过其能量大小定义脉冲特征,该文还将该方法拓展到了多脉冲识别,并在脉冲方向的显著性方面进行了验证。研究结果表明：相比其他手段,基于IMF重构的脉冲量化识别方法能够更有效地识别不对称脉冲记录,具有更好的工程适用性。     

芦山7.0级地震强震动记录及其震害相关性

以包含残余永久位移和(或)速度脉冲的强震动记录为重点分析对象,针对强震动滤波以及基线校正方式等不同处理方式对结构弹塑性响应的影响展开对比研究。考虑了多项式基线校正,Butterworth因果滤波,以及基于残余位移趋势线基线校正等几种常用的强震动记录处理流程和方法。首先以2018年台湾花莲地震,2014年云南鲁甸地震,日本311地震等代表性的强震动记录为输入,通过单(多)自由度体系以及典型平面RC框架的数值模拟结果,从结构弹塑性反应谱,层延性需求,以及最大层间位移角等方面对比研究了不同记录处理方式的影响。对比结果表明速度脉冲形状与相位是否完整保留对于结构的弹塑性响应有很大影响,对于包含速度脉冲或(及)永久位移的强震动记录,Butterworth因果滤波在滤除噪声的同时不仅消除了地表残余永久位移,同时使速度脉冲形状产生了畸变,并会传递到最后的弹塑性时程分析结果中,且对短,中,长周期结构均可能产生影响,该文推荐采用基于基线趋势线校正的处理方法对该类近断层记录进行逐条处理。最后,对于不含速度脉冲也不含永久位移的强震动记录,该文中弹塑性时程分析结果表明记录处理方式的影响并不显著。为了尽量消除因果滤波对记录时程相位谱的影响,我们给出了基于非因果滤波的批量化强震动记录处理流程供参考。     

基于EEMD的远场类谐和地震动人工合成方法

远场类谐和地震动是一种特殊的长周期地震动,振动阶段后期产生多个循环的长周期类谐和加速度脉冲,易对长周期结构带来不利影响。然而,由于远场类谐和地震动实测记录有限,能直接用于结构抗震分析的地震动记录更少。为弥补这一缺陷,该文提出一种基于EEMD的远场类谐和地震动人工合成方法并对该方法的合理性和可行性进行验证。该方法通过对远场类谐和地震动记录进行EEMD分解,得到地震动低频成分的类谐和主脉冲成分与衰减部分,并对二者的拟合重构形成类谐和主脉冲分量进行特征参数识别和简化,提出由类谐和脉冲函数和衰减函数相结合的主脉冲速度模型,最后叠加分解时剔除的高频IMF分量形成人工类谐和地震动。基于此,重新选取3条任意远场类谐和地震动记录的地震动特征参数合成人工地震动,与原始地震动反应谱进行对比分析。结果表明：采用EEMD方法可有效提取原始地震动的低频成分,基于所提类谐和主脉冲速度模型得到的主脉冲时程与原始地震动速度主脉冲时程吻合较好;利用所提的地震动合成方法合成的人工地震动可较好保留原始类谐和地震动的非平稳特性,且与原始地震动较为吻合。     

弹塑性时程分析中地震动输入处理方式影响

以包含残余永久位移和(或)速度脉冲的强震动记录为重点分析对象,针对强震动滤波以及基线校正方式等不同处理方式对结构弹塑性响应的影响展开对比研究。考虑了多项式基线校正,Butterworth因果滤波,以及基于残余位移趋势线基线校正等几种常用的强震动记录处理流程和方法。首先以2018年台湾花莲地震,2014年云南鲁甸地震,日本311地震等代表性的强震动记录为输入,通过单(多)自由度体系以及典型平面RC框架的数值模拟结果,从结构弹塑性反应谱,层延性需求,以及最大层间位移角等方面对比研究了不同记录处理方式的影响。对比结果表明速度脉冲形状与相位是否完整保留对于结构的弹塑性响应有很大影响,对于包含速度脉冲或(及)永久位移的强震动记录,Butterworth因果滤波在滤除噪声的同时不仅消除了地表残余永久位移,同时使速度脉冲形状产生了畸变,并会传递到最后的弹塑性时程分析结果中,且对短,中,长周期结构均可能产生影响,该文推荐采用基于基线趋势线校正的处理方法对该类近断层记录进行逐条处理。最后,对于不含速度脉冲也不含永久位移的强震动记录,该文中弹塑性时程分析结果表明记录处理方式的影响并不显著。为了尽量消除因果滤波对记录时程相位谱的影响,我们给出了基于非因果滤波的批量化强震动记录处理流程供参考。     

考虑近断层方向性效应的速度脉冲放大作用预测模型EI北大核心CSCD

近断层速度脉冲型地震动对结构有特殊的破坏作用。所以在近断层概率地震危险性分析以及工程抗震设计时需要考虑速度脉冲的影响。而传统地震动预测模型往往会低估速度脉冲的影响。因此,如何可靠地估计速度脉冲的影响是近年来研究的重要课题之一。该研究以NGA-West2数据库为基础,另外收集近年最新获取的近断层地震动记录,考虑脉冲方向的不确定性,基于小波方法定量进行速度脉冲识别,共获得316条速度脉冲记录。基于该数据,采用最小二乘法拟合得到新的速度脉冲放大作用分段预测模型,并与已有的速度脉冲放大作用预测模型进行比较,验证了其有效性。该模型考虑了近年实际地震动观察结果,在已有的速度脉冲放大作用预测模型基础上,进一步提高了脉冲放大系数的平台高度。基于所提出的脉冲放大作用经验预测模型,通过对传统地震动预测模型进行修正从而对近断层速度脉冲型地震动进行了有效估计。     

基于小波分析的近断层地震动最强速度脉冲识别方法与应用

基于小波分析方法提出一种最强速度脉冲识别算法,该算法考虑了地面运动的三个正交分量,并使用连续小波变换来识别具有最大能量的速度脉冲方向.应用该算法对NGA-Weat 2数据库中6 288条地震动记录进行分析,并与现有的脉冲识别方法的对比可知,该算法扩展了脉冲识别结果.建立脉冲峰值、周期与震级和断层距的统计模型,结果表明:...     

近断层速度大脉冲对反应谱的放大作用

收集我国近年发生的汶川地震、鲁甸地震和美国NGA（Next Generation Attenuation）数据库选取的175次地震事件3661组强震动记录,考虑脉冲方向的不确定性,基于小波方法定量识别出165条典型速度脉冲记录,利用小波提取出速度脉冲记录中的长周期脉冲信号,通过对比分析原始脉冲记录和提取出长周期脉冲后的残余记录的反应谱特征,研究发现速度大脉冲在其特征周期T_p附近对反应谱有很强的放大作用,这种作用表现为一种窄带效应。基于偏差参数定量揭示了大脉冲在不同周期段对反应谱的放大作用,放大曲线变现为以脉冲特征周期T_p为中心的单峰曲线,在周期T_p处放大倍数最大可达3.5倍,往两侧逐渐变弱,主要影响周期范围为0.5T_p~2T_p。利用最小二乘回归方法分别给出了脉冲放大系数A_f和脉冲周期T_p的经验模型,探讨了地震震级、场地剪切波速对放大系数曲线的影响。研究表明：随震级增大,脉冲放大作用影响的周期范围变宽,放大系数曲线的峰值周期向长周期方向移动;随场地剪切波速增大,脉冲放大作用的影响范围和峰值均向短周期移动,相比震级而言,场地剪切波速对放大系数曲线的影响较小。该文脉冲放大作用的经验结果可用于给定地震环境下（如震级、场地剪切波速）近断层场地速度大脉冲作用下对反应谱的修正。     

基于剪切型结构的速度脉冲地震地面运动强度表征参数评估

研究速度脉冲型地震地面运动强度表征参数(IM)与剪切型多自由度(MDOF)体系顶层非线性变形需求的相关性,并分析IM的有效性。采用20条速度大脉冲型地震动记录,基于MDOF体系的非线性动力时程分析,研究恒延性水平(μ)条件下速度脉冲地震动IM与MDOF体系最大非线性顶层位移相关性系数的变化规律;通过线性回归和离差分析,分析速度脉冲地震地面运动强度参数的有效性。分析结果表明:结构基本周期与延性水平对相关性和离散性均有较大影响;峰值地面运动速度(PGV)作为IM,相关性系数较大且离差较小,相关性和离差表现较稳定,是较好的速度脉冲地震动IM。     

考虑近断层脉冲型地震动影响的埋地管道地震易损性分析

近断层脉冲型地震动具有短时高能量的脉冲特性,会对埋地管道等长周期结构造成较为严重的破坏。为研究近断层脉冲型地震动影响的埋地管道抗震性能,该文基于简化速度脉冲模型,结合脉冲周期、脉冲峰值的经验统计公式,模拟了不同地震动的方向性脉冲分量和滑冲脉冲分量,通过与ATC-63报告推荐的远场地震动中的高频成份进行叠加,合成了具有多种频率成分的近断层脉冲型地震动;在此基础上,进一步考虑空间变异性,生成了的空间相关多点非平稳地震动。利用ANSYS软件进行有限元建模,输入人工合成的地震动进行增量动力时程分析,建立了PGV与埋地管道最大应变之间关系的概率地震需求模型,结合管道极限破坏状态的划分,进而建立了考虑不确定性的不同管材、管径、壁厚及填覆土的埋地管道地震易损性模型。该模型为跨断层埋地管道地震风险评估中的地震易损性分析提供了理论基础。     

近断层脉冲型地震动的残余位移系数谱研究

残余位移是基于性能抗震设计过程中一项重要性能指标。为研究近断层区域脉冲型地震动下结构的残余位移计算方法,采用同时包含场地特征周期T_g与地震动脉冲周期T_p的双周期规准法(TTN),以226条脉冲型地震动为输入,对单自由度体系进行线性与非线性时程分析,通过统计分析生成了TTN残余位移系数均值谱;探讨了场地条件、结构自振周期T以及强度折减系数R与残余位移系数C_r的关系,并拟合得到了TTN残余位移系数设计谱;研究结果表明:①采用TTN方法生成的残余位移系数谱能直接体现出速度脉冲效应对长周期结构动力响应的增大作用;②T和R是影响C_r的主要参数,而不同场地条件下的TTN残余位移系数谱具有一致性,可生成统一场地谱;③提出的TTN残余位移系数设计谱数学表达形式简洁,能够反映C_r与T,R的相关性,可用于预测近断层区域结构残余位移。     

台湾集集地震近场地震动的上盘效应

近20年来近断层地震动的脉冲效应获得了广泛关注,其与震源过程和结构地震破坏关系密切。该文首先对近断层地震动中速度脉冲的成因进行简要概括,而后对近断层强震记录处理、脉冲识别与特性参数获取方法进行了系统回顾,最后对现有研究中获得的脉冲个数、脉冲周期和脉冲幅值与地震参数间的统计关系进行比较。认为强震记录处理的传统分段校正方法无法在频域最大可能复原有效地震动信息,还存在脉冲识别与提取方法主要基于向前方向性效应引发、相关脉冲参数统计分析中对地质构造和断层类型考虑不足等问题。建议后续研究中多关注基于时频分析的基线校正方法,深入研究滑冲效应引起的脉冲、竖向地震动中的脉冲特性以及地质构造和断层破裂过程等因素对脉冲特性参数的影响。     

近断层地震动脉冲特性研究综述

近20年来近断层地震动的脉冲效应获得了广泛关注,其与震源过程和结构地震破坏关系密切。该文首先对近断层地震动中速度脉冲的成因进行简要概括,而后对近断层强震记录处理、脉冲识别与特性参数获取方法进行了系统回顾,最后对现有研究中获得的脉冲个数、脉冲周期和脉冲幅值与地震参数间的统计关系进行比较。认为强震记录处理的传统分段校正方法无法在频域最大可能复原有效地震动信息,还存在脉冲识别与提取方法主要基于向前方向性效应引发、相关脉冲参数统计分析中对地质构造和断层类型考虑不足等问题。建议后续研究中多关注基于时频分析的基线校正方法,深入研究滑冲效应引起的脉冲、竖向地震动中的脉冲特性以及地质构造和断层破裂过程等因素对脉冲特性参数的影响。     

光栅投影三维形貌测量低通滤波器的设计

分析在光栅投影三维形貌测量中,用于对变形光栅像解调的低通滤波器的性能。分别设计了脉冲响应为9点的FIR低通滤波器和IIR4阶Butterworth低通滤波器。处理1×512大小的光栅图像,FIR滤波器需要16128次加法和2304次乘法,位相测量平均误差为0.0356rad;4阶Butterworth滤波器只需4096次加法和4096次乘法,位相测量平均误差为0.0043rad。仿真试验结果表明,IIR的Butterworth低通滤波器具有更高的测量精度和计算速度。     

汶川地震和鲁甸地震的脉冲型地震动比较研究

近年来我国在近断层地震动观测及其对建筑结构地震反应的影响方面开展了有意义的工作,但我国大陆地区获取的近断层脉冲型地震动数量仍非常有限。2014年发生在云南省鲁甸县的M_w6.3级地震造成了与其震级不相称的严重伤亡和建筑震害,除建筑抗震能力和次生灾害等因素之外,破坏力强大的近断层脉冲型地震动也是重要的致灾因素。该文采用基于小波变换的脉冲识别方法,分析了在鲁甸地震中获取的地震动记录的脉冲特性,并与2008年汶川地震中的近断层脉冲型地震动进行了比较。结果显示,与汶川地震中的脉冲型地震动相比,鲁甸龙头记录速度脉冲周期较短,但其速度峰值很大,在6级左右的中等地震中非常少见。此外,该记录的能量分布具有明显的方向性。但由于该台站震中距很小,其成因能否用向前方向性效应解释仍有待商榷。     

弹塑性结构的位移比谱

面向于近断层区域自复位体系的抗震设计需求,为了揭示自复位体系的弹塑性行为,基于Park-Ang双参数损伤模型建立了类旗帜型滞回模型的等损伤位移谱,研究损伤指标模型参数和滞回模型参数对位移谱的影响,分别对比分析了等损伤与等延性位移谱以及近断层脉冲型与无脉冲地震动作用下等损伤位移谱的差异,通过回归分析建立等损伤位移谱预测方程。研究表明：采用脉冲周期进行周期标准化能够反映脉冲效应在短周期段内对位移谱的局部放大作用,同时能降低中长周期段内位移谱的离散性;极限延性系数对短周期段内位移谱值的影响超过20%;等损伤及等延性位移谱的对比分析说明,累积滞回耗能对自复位体系位移需求的影响不能忽视;与无脉冲地震动位移谱值相比,近断层脉冲型地震动位移谱值在标准化周期约为0.5和1.0时增大20%左右。构建的等损伤位移谱预测模型可用于近断层区域自复位体系位移响应的预测。     

类旗帜型滞回模型体系的近断层等损伤位移谱

面向于近断层区域自复位体系的抗震设计需求,为了揭示自复位体系的弹塑性行为,基于Park-Ang双参数损伤模型建立了类旗帜型滞回模型的等损伤位移谱,研究损伤指标模型参数和滞回模型参数对位移谱的影响,分别对比分析了等损伤与等延性位移谱以及近断层脉冲型与无脉冲地震动作用下等损伤位移谱的差异,通过回归分析建立等损伤位移谱预测方程。研究表明:采用脉冲周期进行周期标准化能够反映脉冲效应在短周期段内对位移谱的局部放大作用,同时能降低中长周期段内位移谱的离散性;极限延性系数对短周期段内位移谱值的影响超过20%;等损伤及等延性位移谱的对比分析说明,累积滞回耗能对自复位体系位移需求的影响不能忽视;与无脉冲地震动位移谱值相比,近断层脉冲型地震动位移谱值在标准化周期约为0.5和1.0时增大20%左右。构建的等损伤位移谱预测模型可用于近断层区域自复位体系位移响应的预测。     

脉冲地震动缩放水平对结构非线性位移反应影响的分析

研究缩放速度脉冲型地震动强度水平引起的单自由度(SDOF)体系非线性位移反应的偏差。采用30条速度脉冲地震记录,通过SDOF的体系动力时程分析,分析了速度脉冲型地震动分别缩放到不同目标谱加速度(Sa)、峰值加速度(PGA)、峰值速度(PGV)、峰值位移(PGD)水平时,SDOF体系非线性位移反应偏差随系统自振周期和强度折减系数变化的规律;通过对散点数据的对数线性回归确定了位移反应偏差的变化趋势,并比较了不同地面运动强度表征参数下位移偏差的稳定性。分析结果表明：位移偏差对地震动缩放系数、系统的基阶自振周期和系统的强度有一定的依赖性,合理选用缩放系数和地面运动强度表征参数能有效减小估算结构地震位移响应的偏差。     

基于经验周期模态单元滤波消除地震波中的汽车震动干扰方法

针对消除地震信号中的汽车震动干扰问题,引入基于经验周期的模态单元滤波模型,提出一种基于经验周期模态单元滤波算法消除地震波中的汽车震动干扰的新方法,并设计天然地震波信号的消噪试验。实验结果表明,新方法比传统的Butterworth方法更好,为地震信号中汽车震动干扰消除提供一种新的思路。     

城市立交桥的近断层地震动输入模拟

立交桥作为城市交通网络的关键节点,其抗震安全性至关重要。针对立交桥在近断层地震动作用下易损的特点和此类地震动记录较少的事实,在比较简化脉冲和真实地震动记录的基础上,提出采用两步法构造近断层脉冲型地震动输入,研究在此作用下立交桥结构的地震响应特点。研究发现当简化脉冲周期与立交桥各子结构基本周期的比值在1~3结构反应较为剧烈,在1.5左右时,墩底内力达到最大值;当采用各子结构最不利简化脉冲周期对应的真实近断层地震动记录对结构进行输入时,短周期的匝道桥的地震响应与仅采用单个简化速度脉冲模拟输入的结果误差在15%左右;而对于中长周期的匝道桥及主线桥,需要采用两步构造法叠加高频成分,才能较好地还原真实地震动记录的影响。