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     

用时变功率谱拟合地震动

Kameda利用多重滤波技术计算地震动的时变功率谱 ,建立了合成地震加速度模型 ,Sugito发展了此模型预测岩石场地地震动。本文作者以他们的工作为基础所建议的模型 ,适用于给定设计谱的各类场地的非平稳地震动的合成 ,且所预测的地震动的反应谱能近似于场址设计谱。     

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。     

基于KiK-net强震记录的三维地震动强度非平稳模型研究

地震动强度非平稳特性对结构非线性响应有显著影响,准确描述强度非平稳特性对生成人工地震波有重要意义。该文提出了一种描述三维地震动强度非平稳特性的模型,分别给出了其确定性参数取值和随机参数取值。首先以大量KiK-net强震记录为样本,提取其强度非平稳特性|然后选取地震动强度非平稳模型,并使用遗传算法识别出了模型的参数|最后通过统计回归分析给出了各震级、震中距不同场地类别的三维模型参数取值。结果表明,所得强度非平稳模型能够反映地震动强度非平稳特性的规律,可将其用于结构抗震分析和人工地震动模拟中。     

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。     

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...     

基于时变ARMA序列的随机地震动模型

在研究结构的随机地震反应时,要用大量的符合场地条件的地震波作为输入。但强震历史记录却不是每个地区都有的,因此根据现有地震波建立符合场地条件的地震动模型具有重要意义。地震动具有很强的随机性和非平稳性,本文使用时变ARMA模型来建立地震动模型。为了使结果更具有普遍性,选用ElCentro波、Northridge波作为原波,分别利用作者编制的WINSIM程序建立了时变ARMA模型,并通过所建模型生成的模拟波与原波的比较,对模型的有效性进行了检验。     

地震作用下渡槽结构动力响应与抗震可靠度分析

基于谱表示-随机函数方法和概率密度演化理论,应用一类非平稳地震动加速度过程的演变功率谱模型,在ANSYS中实现了地震动过程的数值模拟,并对渡槽结构进行了地震动作用下结构动力响应和抗震可靠度的分析。结果表明,采用概率密度演化理论的方法能够较为准确的分析出渡槽结构在非平稳地震动作用下的动力响应特性,为渡槽结构抗震设计更加精细化奠定了基础。     

工程结构抗震分析的实用地震动功率谱模型

结合我国现行抗震规范的场地划分,提出了一种将非平稳随机地震动等效为平稳随机过程的地震动功率谱模型,导出了谱强度与最大地面运动加速度均值、地震烈度和地震水准的关系,并考虑了部分相干效应、行波效应等空间相关特性的影响。结合工程实例,对比反应谱法验证了自功率谱模型的准确性。该模型可用于空间结构的单一激励或多点激励的随机地震反应分析,具有较高的实用价值。     

基于功率谱的三参量人工地震动合成

常用的地震动功率谱模型及其人工地震动合成方法在功率谱大小量度、引入时域包线造成功率谱的改变、自相关函数随机噪声成分或功率谱随机波动成分的模拟等方面还存在一些不足。细化地震动的功率谱模型,详细论述平方和作为功率谱强度参数的合理性,提出包含随机波动成分的目标功率谱或包含随机噪声成分的目标自相关函数的数学模型及模拟方法,在目标功率谱中引入随机波动成分。给出了利用地震动功率谱数学模型的3个控制物理量（包含随机波动成分的归一化功率谱、平方和、时域包线函数）合成人工地震动的方法,使合成出的人工地震动时程在能量上严格符合平方和,在频域上严格符合归一化目标功率谱,在时域波形上近似符合目标包线函数,并通过算例演示了给出的人工地震动功率谱模型更加符合实际情况。研究表明平方和、归一化功率谱或归一化自相关函数和时域包线函数是地震动功率谱模型的3个重要物理统计量。     

人工地震波场地土参数模型的研究

人工地面运动时程是工程抗震研究的重要工具。在实际应用中 ,调整功率谱密度函数以适应各类场地土仍是一项困难的工作。本文结合框架结构抗震分析程序SARCF的改进 ,以广泛应用的Kanai Tajimi谱为对象 ,提出了一个新的适用于不同场地土的功率谱密度参数模型。作为校准 ,本文提供了典型地震记录和引用新模型的人工地震记录对框架结构非线性振动反应的分析结果。     

Reliability of linear structures with parameter uncertainty under non-stationary earthquake

The present work aims towards the development of a general framework of time varying unconditional reliability evaluation of linear elastic multi degree of freedom structures with uncertain parameter subjected to the generalized earthquake ground motion, a non-stationary process both in amplitude and frequency content. The formulation is developed in double frequency spectrum to derive the generalized power spectral density function of the structural responses. The time varying reliability is evaluated using conditional crossing rate following the Vanmarcke’s modification. The perturbation based stochastic finite element method is utilized in deriving unconditional reliability. An idealized three dimensional dam structure subjected to El Centro (1940) earthquake is taken up to elucidate the proposed unconditional time varying reliability computation procedure based on the maximum top displacement and base shear criteria. The results are presented to compare the change in reliabilities of the uncertain system with that of deterministic system and associated variance of the reliability due to parameter uncertainty.     

基岩地震谱与地震动位移输入的土–结构相互作用(SSI)计算模型改进

 对基岩地震动输入的适用性和SSI计算模型的合理性进行研究。首先,借鉴已有基岩地震谱表达式,采用数值方法修正高频段过滤函数,得到适用于我国目标场地的基岩地震谱;然后,分析当前位移输入的SSI计算模型,指出所存在的因单元尺寸划分逐步精细而导致的不收敛问题,推广无质量刚性元(massless rigid element,MRE)法解决这一问题,并给出MRE、结构系统和黏弹性人工边界三者间连接示意图;最后,基于上述工作和随机振动理论生成基岩地震动位移输入谱,对一算例进行分析,结果表明采用MRE法解决SSI计算模型的可行性。研究工作可为土–结构共同作用相关问题的研究提供参考。     

非平稳地震激励下结构随机响应及动力可靠性研究

基于美国西部121条基岩强震加速度记录,采用Hilbert-Huang变换(HHT)生成能真实反映地震记录频率和强度双非平稳特性的非均匀调制演变功率谱,并用经验统计方法建立了根据地震矩震级、震源距预测演变谱的统计模型。运用虚拟激励法得到具有特定震级、震源距的演变功率谱作用下结构的非平稳随机响应特性,同时结合首次超越理论,分析了结构的动力可靠度问题,并且与仅具有强度非平稳特性的均匀调制地震随机激励作用进行比较,结果表明,在总能量相同的情况下,双非平稳功率谱的激励会使结构的响应更大,结构更容易失效。     

An evolutionary model for earthquake ground motion

A simple and versatile evolutionary random process model for describing the earthquake ground motion is proposed. The model is composed of individually modulated component stationary processes, each component representing the energy in the process in a narrow band of frequencies. Methods for identifying the model parameters from a recorded accelerogram and for simulating sample functions are described. The model accounts for both temporal and spectral nonstationarity of the motion and is convenient for random vibration analysis.