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。     

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。     

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。     

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     

小波变换在地震动模拟中应用研究

对模拟随机地震动的非平稳性进行了探讨,利用小波变换,通过分析地震动中各频率成分,利用小波系数与功率谱密度函数的关系模拟地震动的非平稳特性,和传统的平稳分析模型相比,更符合地震动实际,为进一步研究奠定了基础。     

相位差谱法合成人工地震动及其验证

在三角级数和快速傅里叶变换基础上,基于相位差谱法合成了具有频率非平稳的人工地震动。分析了三角级数合成地震动基本原理和优缺点,利用强度包络函数刻画强度非平稳;基于相位差谱法合成地震动,能考虑其相干性、场地效应、多维性和非平稳特性,通过频域拟合目标反应谱的方法对新合成地震动进行幅值精度迭代修正;以某三跨高墩钢构桥为背景,从PEER中选取6条实际地震动,和三角级数法对提出的相位差谱法合成地震动进行准确性验证。     

地震动非平稳特性对结构反应影响的试验研究

根据基于美国NGA数据库统计分析得到的地震动频率成分随时间的变化规律,人工拟合强度和频率非平稳特性程度不同的3组地震加速度时程作为输入,利用多子台振动台台阵系统对国家体育馆双向张弦梁结构屋盖模型(平面尺寸11.4m×14.4m)进行单向和多向地震输入下的动力试验,用于研究地震动非平稳特性对结构响应的影响。试验结果表明,结构响应随着地震动稳态持续时间的加长有增大的趋势,并且地震输入能量的集中,将可导致结构响应增大;地震动频率非平稳特性对结构响应的影响和频率随时间的变化有直接关系,后段周期明显长于前段周期的地震输入,对结构响应的增大效应比较明显。此外,地震动强度和频率非平稳特性对结构响应的影响规律对于不同的约束条件基本是一致的。     

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。     

岩石超声波信号的小波时频分析

岩石超声波信号是一种非平稳信号.由于传统的短时Fourier变换(STFT)使用的窗函数固定,分辨率单一,其分析结果只能大致反映信号能量随时间的变化.小波变换(WT)以小波基为变换基础,具有多分辨率特点,其分析结果较详细地反映了质点震动强度随时间的衰减起伏变化.分析认为小波变换是一种更优越的处理岩石声学信号的时频方法.     

爆破震动信号的时频分析

针对具体的爆破震动信号,基于短时Fourier变换(STFT)、连续小波变换(CWT)、离散小波变换(DWT)和Hilbert-Huang变换(HHT)进行时频分析比较研究。结果表明:STFT使用的窗函数固定,分辨率单一,其分析结果只能大致反映信号能量随时间的变化;小波变换(WT)以小波基为变换基础,具有多分辨率特点,其分析结果较详细地反映了质点震动强度随时间的衰减起伏变化,但小波谱的能量在频率范围内分布较宽;HHT自适应性强、高效,Hilbert能量谱能清晰地表明能量随时频的具体分布,并且大部分能量都集中在有限的能量谱线上。分析认为HHT是一种全新而更优越的分析与处理爆破震动信号的时频方法。     

土-结构非线性相互作用体系演变随机过程响应分析

在假定结构体系受到非均匀调制的演变随机激励基础上,考虑到地震动强度和频谱非平稳特性,应用等效线性化方法分析了土-结构相互作用体系在演变随机激励下的响应演变谱和时变均方根响应,给出了一种实用计算方法,再通过示例叙述了此方法的实施过程。计算结果表明,地震动频谱非平稳特性对非线性相互作用体系响应有较大的影响。     

考虑强度包线影响的人造地震动研究

利用多峰点强度包线模型——Amin和Ang模型,并采用基于谐波叠加的人造地震动技术,以随机数为初始相位,不断变化强度包线模型参数,以Ⅰ类场地为例,研究拐点时间t1,t2及下降系数C对反应谱和相应人造加速度时程曲线的影响。研究表明:①反应谱拟合的速度与精度伴随强度包线平台长度的增加而提高;②人造地震动加速度时程曲线的平稳段长度随强度包线平台长度的变化而变化;③如果固定强度包线拐点时间,强度包线衰减段下降系数只影响加速度时程曲线衰减段的形状;④精度高的反应谱拟合并不意味着所得人造地震动加速度时程曲线一定合理。     

考虑海域衰减特性的日本相模湾海底场地放大研究

为研究海底场地放大特征，选取日本相模湾地区6个海底强震台站和附近23个陆地台站，共188次地震的8199条地震动记录；采用广义反演法研究了海域与陆域数据反演震源位移谱的一致性；借助非参数广义反演法不受传统衰减函数形式限制的优势，分析了衰减函数的特征，反演了日本相模湾地区海域品质因子；最后分离并研究了海底台站的场地放大效应。相模湾地区海域与陆域地下介质存在明显不同，在震源、传播路径和场地条件三种效应解耦过程中，海域与陆域采用相同的衰减函数，会影响海底场地放大效应的估计精度。该文在海底场地放大的研究中区分考虑了陆域与海域的衰减函数，结果表明：日本相模湾地区海域品质因子在高频处对几何衰减模型十分敏感，且小于陆地上的品质因子，即水平方向的地震动在海域衰减速度高于陆域；考虑海域衰减特性进一步提高了海底强震动台站的场地放大估计精度。     

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。     

近场脉冲型地震动位移比谱特征研究

非弹性位移比谱是估计工程结构非弹性位移一种简单而有效的方法.以大量的地震动记录为基础,研究近场脉冲型地震动位移比谱的特征,同时考察场地条件、峰值地面速度与峰值地面加速度比(PGV/PGA)、峰值地面速度(PGV)和最大增量速度(MIV)对近场地震动位移比谱的影响.结果表明近场地震动的脉冲作用在0.2～1.5 s的周期段对位移比谱的影响最大,在此周期段,位移比谱增大了近20%左右;在其他周期段,近场地震动的脉冲作用对位移比谱的影响不明显.通过研究不同地震动参数对近场位移比谱的影响发现,峰值地面速度与峰值地面加速度比(PGV/PGA)是影响近场地震动位移比谱最大的参数,场地条件对近场地震动位移比谱的影响不大.     

风荷载的模拟研究

本文叙述了一种有效而实用的顺风向风荷载模拟方法，利用互谱密度函数矩阵的分解，考虑了随高度变化的风谱，由不对称互相关函数引起的包括共谱和重谱的风互功率谱以及与频率有关的相位关系。通过一组余弦函数的和对随机形式的脉动风进行了模拟。文中模拟计算结果与实测结果进行了比较分析，模拟风能较好地满足自然风的基本特性。     

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。     

基于NGA模型的汶川地震区地震动衰减关系

基于汶川地震 64 个余震强震动记录数据,结合 NGA 衰减关系模型以及一维场地非线性反应模型,应用基于最大可能性估计的统计算法,对峰值加速度、峰值速度、峰值位移以及不同周期的加速度反应谱进行了衰减关系研究。得到了汶川地震区基岩场地以及各类土层场地的地震动衰减关系。与其他人的研究成果对比,表明 NGA 模型衰减关系估计的基岩场地地震动相对较低,而估计的土层场地地震动相对较高。     

人群跳跃荷载的互功率谱模型

将人群跳跃荷载视为联合平稳随机过程,提出相干函数并结合已有的自功率模型,构建跳跃频率一致和不一致两种典型情况下的互功率谱模型。利用三维动作捕捉技术克服了人群跳跃荷载试验中同步测试的难题,并验证结果与测力板方法的一致性。由试验数据获得人群跳跃频率的分布和相干函数参数的取值。利用所提出的互功率谱模型,由随机振动理论计算结构加速度响应的自功率谱和均方根值。理论预测结果与已建大跨楼盖的实测响应结果对比表明,所建议的互功率谱模型和计算方法合理,可用于人群跳跃荷载作用下结构响应的计算与分析。