非平稳地震动过程模拟方法(Ⅰ)

直接由Priestley渐进谱理论导出了非平稳地震动过程模拟的一个谱表示方法. 按照该方法, 样本过程可直接由一余弦级数公式计算产生. 可以证明, 当级数项数足够大时, 模拟的样本过程可准确地反映渐进功率谱规定的性质; 当模拟的样本过程足够多时, 其总体均值和总体自相关函数均趋于相应目标函数; 模拟的样本过程随着级数项数趋于无穷而渐近呈正态分布. 最后对模拟公式的几种特例情况进行了讨论, 其中一种情况得到非平稳白噪声过程模拟公式, 另一种情况退化为平稳随机过程模拟公式.     

基于平稳离散小波变换的地震动时程模拟

人工地震动时程的模拟是结构抗震分析的热点问题.基于平稳离散小波变换理论,利用小波变换的带通滤波特性,推导了各频带小波系数与功率谱密度函数的关系,从而直接采用时变功率谱密度函数,在不同频带上随机生成小波系数,进而通过小波逆变换模拟出同时具有强度非平稳和频率非平稳的地震动时程.对模拟时程的统计特性与目标值进行了比较,证明了该方法的可行性和正确性.     

基于HHT方法的非平稳人工地震动模拟

由Hilbert-Huang变换(HHT)得到实际地震动的时变渐进功率谱,利用渐进功率谱和三角级数法进行人工地震动的合成.与传统方法中先生成平稳人工波,再乘以强度调制函数进行非平稳化相比,文中利用渐进功率谱生成的人工波能够反映地震波能量在时频平面上的分布,它不仅具有强度非平稳性,而且也具有频率非平稳性,更符合实际情况....     

基于等效群速度的非平稳地震动拟合方法研究

基于地震动能量传播速度为群速度这一概念,回顾了相位微分和窄带滤波两种频率相依波包时延计算方法及其在非平稳地震动相位拟合中的应用,归纳给出了一种非平稳地震动生成方法,通过模拟2条典型的海底与陆地地震动验证了方法的有效性,并将该方法应用于区域非平稳地震动场模拟中。结果表明:利用该方法所得模拟地震动记录平均加速度反应谱与原记录加速度反应谱有较高的一致性,而且能很好地再现地震的非平稳特性。     

平稳地震动过程功率谱拟合及收敛性分析

研究了平稳随机地震动过程的功率谱拟合问题，分析比较了4类常用拟事模型，发现其中3类模型存在谱收敛性方面的问题，对此进行了全面的阐述，并提出了一类新的满足谱收敛性的拟合三角角数模型，该模型利用分段功率谱密度函数生成各频段的随机频率，反映了功率谱对不同频段内频率随机性的影响，并且便于控制拟合三角级数中的频率成份。由于人造地震动在工程抗震研究上的重要性，本文研究成果对于正确生成地震加速度时程具有实际意义。     

基于渐进谱的幅值和频率非平稳人造地震动拟合

在Priestley渐进谱和常用反应谱拟合技术基础上,提出一种拟合目标渐进谱生成幅值和频率非平稳地震动加速度时程的方法。由Nakayama方法获得目标渐进谱,定义[0,2π]的随机数作为初始相位。在迭代过程中考虑渐进谱和相位的影响,同时调整合成时程的渐进谱和相位,直到满足迭代的收敛要求。本文方法合成时程不仅保留目标渐进谱的时频非平稳特性,相位也具有与实际地震动相符合的时频非平稳性。时程的相关分析表明,输入不同初相位合成的时程在统计上互不相关。     

空间相关的多点地震动合成(Ⅱ)合成实例

本文应用已提出的自功率谱、相干函数、视速度模型生成了空间相关的多点地震动时程。采用分段合成、乘强度包络函数的方法近似地考虑了地震动强度和频率尬发的非平稳性、生成的地震动符合空间相关性、传播性、随机性和非平稳性,可用于长结构多点输入地震反应分析。     

平稳地震动过程具分段均布随机频率的谱拟合模型

本文首先针对平稳随机地震动谱拟合问题建立了一个统一的谱拟合模型,在此基础上,提出了一新的具分段均布随机频率的拟合模型,并与几类常用的谱拟合模型进行了比较研究,指出拟合模型的频率特性对拟合功率谱与反应谱具有显著的影响。算例表明,当结构的自振频率与拟合模型的分量频率接近时,计算的响应值明显偏大,对于小阻尼情况,这一现象更为明显。     

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.     

地震动反应谱拟合过程中小波基函数的选取

基于目标功率谱, 本文从定量角度提出一种地震动反应谱拟合过程中小波基函数的选取方法． 首先通过修正不同小波基函数所对应的小波系数来拟合地震动反应谱; 然后设定总体误差绝对值和误差均方差这两个定量指标来描述各拟合波功率谱与目标功率谱的差异, 借助数理统计的独立权数原理, 求得不同小波基函数所对应的定量指标的综合评价值; 最后对比综合评价值, 得到拟合精度最高、 误差离散最小的最优小波基． 应用该方法, 选取8种常见的小波基函数进行实例分析． 结果表明, 该方法得到的最优拟合波与原信号差异不大, 拟合波反应谱、 功率谱与目标反应谱、 功率谱均吻合得较好, 从而验证了该方法的正确性．      

非平稳人造地震动反应谱拟合的震记录应用研究

利用天然地震记录数据提取其非平稳相位数据的方法、论证人造地震动方法的可行性和合理性,并以呼和浩特市基岩场地非平稳人造地震动预测拟合应用为例,进行人造地震动反应谱拟合.本研究方法明显加强地震监测数字化记录与结构地震动输入预测模拟的密切联系,使地震动预测因充分利用近场地震观测资料而得到质的飞跃.     

非平稳空间相关多点地震动合成方法研究

根据地震波的传播特点,在现有的非平稳空间相关多点地震动合成方法的基础上进行了改进。通过修正随机相位角,使生成的多点地震动在局部场地上具有收敛性。给出了未知和已知相位差谱统计规律2种情况下非平稳多点地震动的合成方法。进一步提出了基于实际地震纪录的空间相关多点地震动合成方法。这些方法可用于大尺度结构的多点输入分析。     

基于相位差谱的时-频非平稳人造地震动的生成

本文首先考察了地震动加速度时程在时域和频域上的非平稳性，通过实例分析说明地震动加速度时程的非平稳性不能由相位谱的概率分布唯一决定，进而阐明了相位差谱是影响地震动非平稳的决定性因素。经统计检验确定了脉动相位差的概率分布模型，利用相位差谱的数字特征与地震特性参数之间的统计关系，给出了基于相位差谱的地震动时程生成方法。最后，通过对计算实例的分析，证实了此方法能够反映并模拟实际地震动的时－频非平稳性。     

新型随机地震动模型

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记录作为输入数据。但强震历史记录却不是每个地区都有的，因此根据符合场地条件的现有地震记录建立随机地震动模型具有重要意义。本文利用中国抗震规范2001版修正选取的样本波作为目标波，考虑了幅值和频率的双重非平稳性，建立了新型随机地震动模型——改进的时变ARMA模型随机地震动模型。通过使用残差的卡方检验法，对多种非平稳ARMA模型生成的模拟波进行检验；同时又比较丁模拟波与目标波的功率谱密度图和反应谱图。结果证明：此法能够更精确地反映不同场地条件地震动的频谱和幅值的真实内容，从而建立符合目标场地条件的更为有效的模拟地震动，为相关研究与工程设计架起一座桥梁。     

基于相位差谱的时-频非平稳人造地震动的反应谱拟合

本文根据相位差谱对地震动时程非平稳性的影响，反应谱、功率谱和傅里叶幅值谱间的数学关系以及加速度时程单谐波分量对反应谐拟合精度和拟合效率的作用，提出了一种可直接拟合目标反应谱的具有时－频非平稳性的人工地震动的高效方法，算例说明了其有效性。     

地震动加速度过程的小波模拟

本文应用基数B－样条小波模拟地震动加速度过程，将小波分析引入地震动加速度过程的研究，实现了地震动加速度的模拟，并可给出其解析表达式，便于设计地震动的调整及地震反应的求解。     

平稳地震动过程具分段布随机频率的谱拟合模型

本文首先针对平稳随机地震动谱拟合问题建立了一个统一的谱拟合模型，在此基础上，提出了一新的具有分段均布随机频率的拟合模型，并与几类常用的谱拟合模型进行了比较研究，指出拟合模型的频率牧场生对拟合功率谱与反谱具有显著的影响，算例表明，当结构的自振频率与拟合模型的分量频率接近时，计算的响应值明显偏大，对于小阻尼情况，这一现象更为明显。     

基于小波变换的拟合规范反应谱多维地震动模拟

本文提出一种基于小波变换的拟合规范反应谱的多维地震动模拟算法。首先将规范反应谱推广到三维相关设计反应谱,然后将已有的三维地震动加速度时间历程曲线分解为一系列不同频段上的地震动分量,调整每一个地震动分量的幅值使其在相应的频率范围内拟合设计反应谱,最后经过调整后的地震动分量进行重构得到更新的地震动时间历程曲线。将该时间历程曲线的反应谱与目标反应谱进行比较,重复该过程直到误差位于特定的范围内。该方法可以保留原始地震动的局部时-频特性,为多维地震动的模拟提供了一种新的方法。     

与建筑抗震设计规范相对应的地面地震动随机模型参数研究

根据《建筑抗震设计规范(GB50011—2001)》的反应谱曲线,确定了基于Clough-Penzien修正过滤白噪声模型的参数取值。采用时间包络函数考虑地震的非平稳特性,根据加速度峰值等效原则迭代计算得到地面的加速度功率谱密度曲线,然后通过曲线拟合得到与规范各种地震烈度、场地类别和设计地震分组相对应的谱参数。计算结果表明,与规范相对应的加速度功率谱密度曲线呈双峰型,Clough-Penzien谱能较好地拟合其曲线形状。最后给出了规范各种工况下的地面加速度功率谱参数值,为随机抗震计算分析提供了依据。     

相位演化零点时间与地震动模拟研究

提出了多频分量相位演化零点时间的概念.对于复杂非平稳地震动过程,为降低求解多频分量相位演化零点时间的工作量,引入地震波波群演化的思想,在地震波相位谱敏感性分析的基础上,考察了典型实测地震动时程的模拟.结果表明,拟合地震动过程与实测非平稳地震动吻合较好,本文提出的相位谱重构方法具有重要的实践意义.同时,这一方法也为非平稳...