拟合加密控制点反应谱的地震动时程合成

在传统地震动反应谱频域拟合方法的基础上,提出了拟合加密控制点目标反应谱的地震动合成方法,并在此基础上利用实际算例与传统方法进行了对比.本文方法在每次迭代调整过程中均考虑了对地震动加速度强度包络函数的模拟,并且对调整后的地震动进行了基线校正,从而确保最终合成的地震动时程既能以一定精度拟合加密目标反应谱,又能满足目标包络函数的要求,同时保证积分所得位移曲线不产生基线漂移.数值算例分析结果表明,本文方法与传统非加密控制点目标谱拟合方法相比,在地震动时程曲线合成、反应谱拟合精度以及收敛速度等方面均具有一定的优势.      

人造地震动反应谱的非线性拟合

为了进一步提高人造地震动时程对目标反应谱的拟合精度和效率,本文提出了一种人造地震动反应谱非线性拟合方法.在人造地震动反应谱非线性拟合过程中,认为Fouricr幅值谱与反应谱调整项之间满足非线性(幂指数)关系.通过比例拉伸和折叠等数值技巧以促使模拟加速度向目标加速度逼近.算例分析结果表明,人造地震动反应谱非线性拟合方法具...     

拟合峰值速度与目标反应谱的人造地震动

提出一种以绝对加速度反应谱和峰值速度为目标的合成人造地震动时程的方法.该方法首先利用传统的在频域内调整傅里叶幅值谱的方法,生成以给定峰值加速度、反应谱和强度包线为目标的初始加速度时程a(0)g(t);然后利用在时域内叠加窄带时程的方法来进一步调整a(0)g(t),以使其峰值速度逼近目标峰值速度,并且提高对目标反应谱的拟合精度.算例分析结果表明,该算法所得结果具有很高的拟合精度.     

地震动峰值速度对地下隧洞内力的影响研究

本文利用混合模拟方法,合成了加速度反应谱及峰值位移相同,而峰值速度不同的两组人工地震动时程.同时选择典型隧洞,进行了弹塑性地震反应分析,研究了地震波水平输入时,地震动峰值速度对隧洞内力的影响.在软土场地中,当加速度反应谱及峰值位移相同时,峰值速度较大的地震动时程将引起隧洞较大的弯矩和剪力.在硬土场地中,峰值速度对隧洞弯...     

用Matlab软件内部函数校正强震记录的探讨

在标准化结构反应谱时,需要准确地确定地面地震动峰值。而在地震期间,测量地面运动时采集到的地震动加速度时程数据由于种种原因存在基线漂移问题,导致所测数据不能真实反映地面运动．由此难以确定真实地面运动峰值。通过对地震动加速度数据拟合,根据拟合后的数据计算地震速度及位移．并将计算结果分别与利用已有基线修正方法求得的速度及位移进行对比．从而确定最佳拟合次数,消除基线漂移造成影响。研究结果表明,经12次拟合修正地震动加速度求得的地震动位移峰值可用于相对位移反应谱标准化。     

旋转地震合成及其在大跨度悬索桥中的应用

为探究旋转地震动在大跨度悬索桥中的应用,首先,从线弹性理论和功率谱角度基于随机振动理论提出了6维地震动加速度功率谱模型;其次,基于MATLAB编制旋转地震动人工地震合成程序,从反应谱角度对合成地震动进行了正确性验证和拟合精度迭代调整;最后,分析了旋转地震动与地震动入射角对桥梁结构地震响应的影响。研究表明：人工合成的地震动平动分量反应谱与实测地震动的平动分量反应谱吻合度较高;六维地震动的主梁跨中竖向位移越是三维平动地震动的3倍,而主缆轴力峰值接近2.25E+05kN,约是三维平动地震动的1.3倍;旋转地震动和地震动入射角将会加大桥梁结构的位移响应和内力响应,且会减小塔底截面和桩最不利截面的安全性。     

地震动位移峰值对斜拉桥地震反应的影响

根据同一加速度反应谱拟合了加速度峰值相同、速度峰值相同、位移峰值不同的两组地震动时程。以大跨斜拉桥的三维模型为例，在以上两组时程的激励下，应用有限元立法，对斜拉桥的地震反应进行了分析。计算结果表明：在弹性阶段，地震动位移峰值时斜拉桥的动力响应影响不明显；但当结构进入弹塑性阶段时，在位移峰值较大的一组地震动激励下，桥梁的墩底弯矩和塔顶位移会有更大的响应。     

峰值速度对单自由度体系地震反应的影响分析

研究了在加速度反应谱与峰值位移不变的条件下,输入地震动峰值速度对单自由度体系动力反应、尤其是弹塑性反应的影响。首先,利用在时域内叠加窄带时程的方法合成加速度反应谱和峰值位移相同,但峰值速度相差1倍的两组人工地震动时程。其次,按照《建筑抗震设计规范》的要求,将合成的输入地震动标定为不同设防烈度区下多遇地震的加速度峰值,进行结构弹性计算,结果表明:输入地震动峰值速度的变化对结构弹性反应基本无影响。然后,将输入地震动标定为相应烈度区下罕遇地震的加速度峰值,并以上述多遇地震下弹性反应的最大变形作为罕遇地震作用下结构弹塑性分析的屈服变形,进而分析输入地震动峰值速度变化对结构弹塑性反应的影响规律。其结果表明,峰值速度的增大将会明显增大中长周期结构弹塑性位移反应和速度反应,且这种放大效应对位移反应尤为显著。这种规律在不同烈度区基本具有一致性,随着烈度增大,输入地震动峰值速度的增大引起的大部分中长周期结构弹塑性位移及速度反应的放大效应减小。因此,在进行结构动力分析时,应充分考虑输入地震动峰值速度变化对计算结果的影响。     

峰值速度和峰值位移对6层钢结构弹塑性地震反应影响的研究

深入揭示地震动峰值特性影响是推进地震动工程特性研究的有效手段。地震动峰值速度和峰值位移特性对结构弹塑性地震反应的影响规律尚需要探索。本文基于窄带时程叠加方法,人工合成具有相同加速度反应谱但峰值速度和峰值位移不同的4个序列地震动时程。其中第1、2序列地震动峰值速度为0.20 m/s,峰值位移分别为0.20 dm和0.40 dm,而第3、4序列地震动峰值位移为0.30 dm,峰值速度分别为0.15 m/s和0.30 m/s。将地震动峰值加速度分别标定至400 cm/s²和800 cm/s²,并以此作为输入开展建设地震观测系统的6层钢结构弹塑性地震反应分析,使得结构发生不同弹塑性地震反应,对比分析在不同序列地震动作用下层间位移角和延性系数等结构工程需求参数差别,探索峰值位移和峰值速度对结构弹塑性地震反应的影响规律。分析表明,在非线性反应阶段后,结构层间位移角和延性系数的变异系数随着输入地震动峰值的增加而增大,地震动峰值特性对结构层间位移角和延性系数等参数有一定影响,影响幅度随输入地震动增加而增大,且峰值速度较峰值位移的影响更为显著。在进行结构设计地...     

拟合多阻尼比目标反应谱的高精度地震动调整方法

基于地震动调整效果的衡量指标比较了时域合成法和时频分析法的优缺点,在推导阿里亚斯强度与绝对加速度反应谱定量关系的基础上,将时域叠加小波函数法和时频小波分析调整法相结合,提出了一种能保留地震动强非平稳特性、对真实地震动相位差谱改动较少、能同时拟合多阻尼比目标反应谱的高精度地震动调整方法,并通过拟合美国规范D-V-A联合谱的算例证明了该方法的精度和通用性。     

Analyzing the effect of moving resonance on seismic response of structures using wavelet transforms

There is a complex interaction between the seismic response (i.e., peak displacements) of a nonlinear structure and the characteristics of a ground motion. One ground motion characteristic that contributes to record‐to‐record variability is spectral nonstationarity, or the variation of signal's frequency content with time. When the predominant natural periods of a nonlinear structure elongate in such a way as to match with the predominant frequency content in the ground motion, a phenomenon called moving resonance occurs. The effect of moving resonance on the response of nonlinear structures is investigated. Continuous complex wavelet transforms are used to examine the spectral nonstationarity of ground motion acceleration histories and associated structural displacement histories to identify the occurrences of moving resonance. A three‐dimensional displacement response spectrum is used to determine which combinations of initial period and strength create the largest displacements and thus are candidate configurations for experiencing moving resonance. A method is then proposed for quantifying the effect of moving resonance on structural response. The method utilizes discrete wavelet transforms to decompose a ground motion into component signals with limited frequency band and examines the structural response due to each individual component. A discussion is provided as to how these tools can be used to identify ground motion characteristics that may be conducive to moving resonance. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于希尔伯特变换的非平稳地震动模拟方法的验证

基于希尔伯特变换的非平稳地震动模拟方法能够生成一系列地震动样本,具有与给定天然地震动相似的非平稳特征. 该方法在模拟天然地震动时域波形的形态和能量的时频分布方面,效果非常显著且已得到验证. 本文以理想单自由度体系弹塑性地震反应为基础,深入验证该方法在模拟天然地震动对结构影响效应方面的效果. 研究结果表明,该方法能够较好地模拟天然地震动的工程特性,其生成的地震动样本的峰值特性及其引起的结构弹塑性地震响应具有与天然地震动相似的特征.      

Correction of highly noisy strong motion records using a modified wavelet de-noising method

During the past earthquakes, many valuable acceleration time histories were recorded by analog and digital accelerometers. These records are important sources of information in the field of earthquake engineering and engineering seismology. However, a large number of these records are contaminated by noise and it is necessary to correct them for practical applications. On the other hand, only a few records can be corrected using conventional filtering because of mathematical limitations of the method. However, advances in the field of time–frequency analysis and wavelet transform theory provide useful non-linear and adaptive de-noising methods for removing of non-stationary and high-energy noise from the recorded signals. In this paper, the characteristics and capabilities of the modified non-linear adaptive wavelet de-noising method are examined for correction of highly noisy strong motion records. In the frequency domain, it is shown that this method can attenuate the noise in the whole frequency range of engineering interest while in the time domain it can detect and remove non-stationary noise. In addition, the displacement response spectra of these wavelet de-noised records are more stable than conventional filtered records with respect to different correction functions. It is found that a large number of noisy acceleration records that are usually discarded from sets of records used for estimating the ground motions can be corrected using this new method.     

基于新《电力设施抗震设计规范》的地震动随机模型参数研究

根据新《电力设施抗震设计规范》(GB50260-2013)对随机地震动功率谱参数的取值进行分析。介绍新《电力设施抗震设计规范》中设计反应谱,推导设计谱到功率谱的转换过程。选取常用的Clough-Penzien修正过滤白噪声模型作为拟合函数,通过功率谱参数拟合,得到不同场地类别、不同抗震设防烈度下的地震动模型参数。该研究成果可为电力工程抗震设计分析提供参考。     

Simulation of synthetic ground motions for specified earthquake and site characteristics

A method for generating a suite of synthetic ground motion time‐histories for specified earthquake and site characteristics defining a design scenario is presented. The method employs a parameterized stochastic model that is based on a modulated, filtered white‐noise process. The model parameters characterize the evolving intensity, predominant frequency, and bandwidth of the acceleration time‐history, and can be identified by matching the statistics of the model to the statistics of a target‐recorded accelerogram. Sample ‘observations’ of the parameters are obtained by fitting the model to a subset of the NGA database for far‐field strong ground motion records on firm ground. Using this sample, predictive equations are developed for the model parameters in terms of the faulting mechanism, earthquake magnitude, source‐to‐site distance, and the site shear‐wave velocity. For any specified set of these earthquake and site characteristics, sets of the model parameters are generated, which are in turn used in the stochastic model to generate the ensemble of synthetic ground motions. The resulting synthetic acceleration as well as corresponding velocity and displacement time‐histories capture the main features of real earthquake ground motions, including the intensity, duration, spectral content, and peak values. Furthermore, the statistics of their resulting elastic response spectra closely agree with both the median and the variability of response spectra of recorded ground motions, as reflected in the existing prediction equations based on the NGA database. The proposed method can be used in seismic design and analysis in conjunction with or instead of recorded ground motions. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于目标功率谱和包线的地震动合成

本文给出了以目标功率谱和目标包线函数为双目标函数的人工地震动合成方法,使人工地震动不仅符合目标功率谱,还基本符合目标包线函数,并对加速度基线进行了调整,使速度时程和位移时程更为合理。作者认为如果用反应谱作为目标谱,生成的人工地震动时程可能会弱化地震动的随机特性,用这样的人工地震动时程作为输入来分析建筑结构的非线性动力反应,不是理想的选择。对建筑结构进行非线性时程分析时,用基于功率谱的人工地震动作为输入,应当是一种更为合理的方法。作者认为平方和具有明确的物理意义,是随机信号的总能量参数,并通过理论分析和数值计算,对于一定持时的随机平稳信号样本,平方和(持时×平方平均值)对振幅起重要控制作用。平方和、归一化功率谱、时域包线函数是基于功率谱模型的地震动三要素。     

长短周期地震波作用下钢框架结构的响应特性对比分析

作为一种特殊的地震动,长周期地震动对结构的危害已引起国内外学者的关注。选取10条KiK-net、K-NET台网中典型的长周期地震动,以及10条国内外的短周期地震动,对比分析两者时程特征和反应谱特征的差异。将所选长、短周期地震动输入钢框架结构模型;通过非线性时程分析,研究钢框架结构在长、短周期地震动作用下的响应差异。结果表明：短周期地震动的平均地面峰值加速度是长周期地震动的3.26倍,而平均地面峰值位移比长周期地震动低10.89%;短周期地震动作用下,钢框架结构顶点加速度响应平均值是长周期地震动的5.16倍,结构顶点位移响应平均值仅比长周期地震动多0.91%;长周期地震动作用下,钢框架结构层间位移角响应较大,结构底部受影响范围更广。对于长周期地震动隐患地区的高层钢框架结构,应对长、短周期震害分别进行考虑;对于中、长周期钢框架结构,建议选用峰值位移作为抗震分析指标。