考虑幅值谱与相位谱的人造地震动模拟与反应谱拟合

本文根据反应谱、功率谱和傅里叶幅值谱间的数学关系以及三角级数迭加来模拟地震动加速度,并通过对6s以后反应谱曲线的设定和对幅值谱与相位谱的调整,得出了可较好地拟合目标反应谱的地震动加速度时程.对修正分量的个数、调整相位谱的条件、幅值谱与相位谱迭代修正顺序亦做了研究,讨论了幅值谱与相位谱调整的效果,给出了具体拟合的建议.     

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。     

地震反应谱、功率谱以及傅立叶谱关系探讨

时程分析法作为目前结构地震响应分析中最为精准的方法,其准确性在很大程度上依赖于地震波的选取。然而,目前可用的地震记录较少,此时人工合成地震动不失为一个合理的选择。人工地震波的合成有一个基本的要求:模拟结果能与目标反应谱符合得较好,这就要求对地震动的功率谱、傅立叶谱以及反应谱等有较清楚的认识。本文详细地阐述了地震动模拟中涉及到的反应谱、功率谱和傅立叶谱的概念以及三者之间的关系,并初步讨论了目前地震动模拟中存在的一些缺陷,展望了未来地震动模型的发展方向。     

基于小波函数的地震动反应谱拟合方法

提出一种改进的基于小波函数的地震动反应谱拟合方法,该方法通过调整给定地震动加速度时程,使其反应谱以一定精度拟合目标谱。首先,构造一种用于校正的增量加速度小波函数,该函数具有两个特点:①在反应谱的某个固定控制周期点处,对该函数进行时移和线性调幅处理后,将其叠加在初始地震动时程上,所得地震动时程在该控制周期点处的反应谱值与目标值精确相等;②由该函数积分得到的增量速度和增量位移曲线不出现基线漂移,从而保证将其叠加在初始地震动上不会产生附加的基线漂移。其次,基于该小波函数,提出迭代调整方法,以消除反应谱不同控制周期点之间的耦合效应,实现对整个目标谱的拟合。数值算例表明,该方法合成的地震动时程不仅能够以较高的精度拟合目标谱,而且能够保留初始天然地震动的基本特征,从而能够确保结构地震反应分析结果的合理性与可靠性。此外,该方法具有较快的收敛速度,能够通过有限几步迭代调整实现较高的拟合精度。     

基于弹性位移解析解的相位谱改进对随机合成法工程应用的影响

介绍了一种对随机合成法中子源地震动相位谱改进的方案,强调一个点源引起地震动的相位谱应该与地壳速度结构、介质参数,尤其是场地与源点的几何关系密切相关,努力在随机合成中减少随机性。即,将无限均匀介质中剪切位错源引起的位移解所对应的加速度傅式谱的相位谱,与所估计的幅值谱结合,形成复谱,再通过傅立叶逆变换生成加速度时程。通过与传统随机合成法的对比认为:在震源-传播途径-场地条件一体化的强地震动估计方法中,采用基于弹性位移解析解的相位谱,可以有效地减小或消除随机数对平均震源模型选定及合成地震动场的干扰。     

多维地震动平动分量的合成

考虑与震级、震中距相关的傅里叶幅值谱衰减关系,根据地震动非平稳性及设定震级、震中距、场地条件对地震动影响的分析,建立多维非平稳地震动合成的方法。基于波动理论和快速δ-矩阵算法求出地震波不同波型在设定地壳介质模型中的频散曲线,用以计算体波和面波各频率成分的到时t,并引入特性因子Q来考虑随机相位移动,最终得出体波和面波不同波型在窄频带上到达地表附近处某点地震动的到时及相位变化,从而合成多维地震动平动分量时程。根据该合成方法获得的三维地震动平动分量具有非平稳性,并能为结构抗震分析提供满足工程实际的地震动加速度时程。     

楼层谱人工时程波的拟合算法及技术

以楼层谱为目标拟合出的人工波,一般被作为核电设备抗震安全评价的重要输入数据。对于那些形状复杂特殊、拟合精度要求较高的楼层谱,通过将频域中的调整傅里叶幅值与时域中的叠加窄带时程方法相结合,提出了一套综合算法。最后,通过实例验证了该算法的有效性。     

基础隔震结构反应谱研究

为简化基础隔震结构的设计计算,推广隔震结构的应用,研究了铅芯橡胶支座基础隔震结构设计反应谱与位移反应谱。利用ETABS软件建立单层基础隔震结构计算模型,输入45条地震动记录,进行基础隔震结构的动力时程反应分析,在时程分析和现有规范设计反应谱基础上,提出铅芯橡胶支座基础隔震结构的设计反应谱和位移反应谱计算公式,并用多质点隔震结构的动力时程分析结果验证了新建反应谱的可靠性。结果表明,与规范设计反应谱相比,新建反应谱曲线与多层基础隔震结构地震反应的时程分析结果较一致。     

核电厂抗震设计谱确定方法分析

抗震设计谱是核电厂抗震设计的主要依据。核电设计谱的表达多采用直线分段式方法,一般由固定的设计谱形与具有一定保证概率的地震动幅值共同组成。简要回顾核电设计谱的发展历程,对核电设计谱的主要确定方法进行比较和分析,探讨统一危险性谱在核电抗震应用中的问题。基于近期发生的强震动数据库,按4种设计谱标定方法分别计算设计谱以及反映设计谱稳定性的规准伪速度谱谱比曲线。分析结果表明,基于双规准反应谱的设计谱在速度控制段的谱值明显偏高,直接基于伪速度谱的设计谱标定方法具有稳定性优势。最后,为我国核电设计谱进一步研究工作的开展提出些许看法和建议。     

对水工建筑物设计反应谱的人工波合成

本文指出了进行水工建筑物的抗震设计和模型试验时 ,合成人工地震动的必要性。简单回顾了合成谱拟合人工地震动的各种方法 ;此外 ,详细介绍了时域法进行人工地震动谱拟合的基本公式 ,以及方法的特色与创新点。最后针对龙羊峡、溪落渡拱坝等实际工程 ,用时域法生成了与《水工建筑物抗震设计规范》规定的设计反应谱相拟合的人工地震动时程。文中分析了谱拟合的精度 ,表明时域法生成谱拟合人工地震动的优越性     

中国广义条件参数目标谱构建方法及地震动输入

为了在时程分析中考虑加速度反应谱之外的强度指标,构建了兼顾危险一致性和参数完备性的广义条件参数目标谱用于地震动记录选取。结合我国地震安全性评价中设定地震解耦的特点,提出利用各个潜源微元的贡献率作为权重计算条件均值向量,进而通过拉丁超立方分层抽样得到多元正态分布假设下的广义强度参数条件分布,即广义条件参数目标谱。通过K-S假设检验的D值法在数据库中搜寻最符合目标分布的记录组合作为选波结果。以我国某工程的地震安全性评价为实例,构建同时考虑幅值、频谱、持时以及谱强度指标的广义条件参数目标谱。结果表明：考虑设定地震贡献率修正的强度指标目标分布与单一设定地震的结果存在差异;广义条件谱记录选取结果的危险性曲线和场址概率危险性分析的结果基本一致;在低超越概率水平下, 广义条件谱下的危险一致性不及仅考虑加速度反应谱指标的条件谱。     

频谱反演法在探地雷达隧道衬砌检测中的应用研究

隧道衬砌模型的空间结构属于典型的层状分布,采用探地雷达进行隧道二衬检测时,往往很难识别高度小于调谐厚度的脱空。通过建立含有脱空薄层的隧道二衬层状几何模型,结合电磁波在隧道衬砌中的传播规律,给出了隧道衬砌检测时电磁波的反射模型,并推导了其广义反射系数谱域表达式,从而提出一种根据反射系数序列频谱估算隧道二衬厚度及脱空高度的反演方法。通过分析反射系数序列的幅度谱属性,进一步提出一种估计脱空层高度的快速方法,即根据幅度谱凹陷周期确定脱空层双程走时,进而估算脱空层高度。最后,利用1st Opt数学优化分析软件进行全局优化,并反演求解各参数。物理模型实验及现场应用实例的处理结果表明,当脱空厚度小于1/4波长时,本文所述的频谱反演法仍能准确反演出二衬厚度及脱空层高度,从而提高了探地雷达资料的垂直分辨率。     

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。     

抗地震倒塌能力谱研究

应用基于IDA的倒塌易损性分析方法,定量评估了单自由度结构体系的抗地震倒塌能力,提出了结构抗地震倒塌能力谱的概念。抗地震倒塌能力谱由抗倒塌能力均值谱和离散度谱两部分构成,不仅可用于估计结构在不同超越概率地震作用下的倒塌率,还可根据罕遇地震/特大地震作用下的倒塌率目标,建立基于倒塌率目标的抗震设计方法。由于传统抗震设计的R-μ-T谱未考虑结构的倒塌状态,因此,建议采用R-μ-T谱和抗地震倒塌能力谱分别折减设防地震和罕遇地震/特大地震作用下的弹性地震作用需求,以实现"小震不坏、中震可修、大震不倒"的抗震设计目标。     

非线性基础隔震结构复振型反应谱设计方法

采用铅芯橡胶支座、弹性滑板支座或摩擦摆支座的基础隔震结构,在利用反应谱方法进行设计时,需要考虑支座的非线性特征.在传统非线性振动分析平均方法或慢变振幅法中引入激励随机性,以等效线性系统和原非线性系统势能和阻尼耗能相等为原则,提出了基于能量平衡的随机等效线性化方法.在该方法中,等效刚度和等效阻尼系数表达为振动幅值的期望,...     

地面运动双向最大加速度反应谱特性研究

在整理当前国内外双向水平地面运动反应谱值代表值后,本文认为考虑了记录仪器所有可能水平放置方向的加速度时程对应的所有单向加速度反应谱值中的最大值是双向水平地面运动反应谱值的最佳代表值,称其为双向最大加速度反应谱值（简称BdM谱值）。建立Ⅱ类场地地面运动数据库,考察Ⅱ类场地不同地面运动类型BdM谱和单向加速度反应谱Und谱的特性差异,结果表明：Ⅱ类场地同一地面运动类型下,二者在谱形上相似,但前者的动力放大系数普遍大于后者,且二者差距随着周期的增大而增大;同一周期谱值的平均值和标准差,前者分别为后者的1.2~1.4倍和1.1~1.4倍。另外,与BdM谱相比,我国规范Ⅱ类场地设计反应谱谱值在第一衰减段普遍偏小,在第二衰减段则低于很多地面运动类型的BdM谱值。因此,以我国设计反应谱作为设计地震力取值依据所设计出的Ⅱ类场地工程结构,其设计地震力取值水准高低不一,从而导致抗震安全性高低不一;以我国设计反应谱为目标谱选择地面运动记录预测出的Ⅱ类场地工程结构的地震反应,危险性水准不一,在统一的性能评价标准控制下,导致其实际抗震性能存在差异。     

自然环境温度作用谱和混凝土温度响应谱

通过理论推导与现场实测研究了自然环境温度变化和混凝土温度响应规律;基于自然环境温度变化趋势,采用分段拟合法建立了自然环境温度作用谱模型;基于自然环境温度作用谱和混凝土温度响应,建立了混凝土温度响应谱模型.通过现场测定典型天气温度波动规律,验证了自然环境温度作用谱和混凝土温度响应谱模型的合理性及精度.结果表明：自然环境温度变化呈周期性波动,自然环境温度作用谱模型可描述自然环境温度波动规律及其特征;基于该模型所绘制曲线与自然环境实测温度吻合较好且精度较高.混凝土温度响应谱模型亦可表征其内部的温度变化趋势,理论拟合曲线与实测温度吻合.混凝土温度响应谱与自然环境温度作用谱之间的异同主要表现为周期相等、时间滞后和温度波动幅值衰减等方面.     

基于位移模式的改进能力谱法结构位移反应分析

能力谱法是基于性能抗震设计方法中结构位移反应分析的有效方法之一。为了克服常规的能力谱法在评估结构地震反应时只考虑结构第一振型的局限性,本文作者提出了基于位移模式的改进能力谱法,引入考虑多振型的位移模式,介绍了该方法的实施步骤,基于位移模式对结构进行Pushover分析得到体系的能力曲线,采用等效阻尼比和延性系数得到需求谱,从而计算结构的位移响应,并通过算例验证本文所提出方法计算结果的可靠性。