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...     

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。     

设计反应谱长周期区段的研究

本文利用近20年国内外大地震时获得的数字强震仪记录分析强震动的长周期分量特性,给出了不同场地上的平均加速度反应谱及其拟合曲线。结果表明,现行抗震设计规范中设计谱的特征周期和长周期谱值明显偏小。在此基础上提出了长周期设计反应谱的修正建议。文中还根据统计分析提出了不同阻尼比的反应谱修正公式。     

人造地震动的时域叠加法和反应谱整体逼近技术

介绍了两种新的人造地震动的加速度反应谱拟合方法:其一是时域叠加法．该方法通过在时程上叠加一谐波时程来调整某一反应谱控制点的值．其特点是交叉干扰小，计算量小且能兼顾强度包线的要求；其二是反应谱整体逼近法．其特点是在调整某一由幅值谱Ak及其相位谱k(k＝0，1，2，，n)决定的时程Ra(t)时，用反应谱与目标谱在各个控制点上相对误差Ej(j＝1，2，3，，M)的均方根值Vr＝是否减小来判定任一幅值谱Ak调整的方向．本文指出，由于Ej及Vr均是Ak及k的函数，所以，合成加速度时程中的反应谱拟合问题可变成寻找Vr极小点的数学问题．时域叠加法受最高截止频率的限制，不适用于反应谱高频部分的拟合．反应谱整体逼近法受FFT算法频率分布特征的限制，使反应谱低频部分的控制点密度不能太大．大量的试算结果表明，以上两种方法相互补充，可取得良好的拟合效果．文中还指出，由于有了较好的反应谱拟合方法，可在反应谱拟合的同时，对加速度时程的峰值加速度及峰值速度进行拟合．      

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．      

不同谱拟合方法对场地地震反应的影响研究

在结构的抗震分析中.为使地震波的加速度反应谱能够与目标谱拟合,提出了不同的谱拟合方法。由于场地条件影响结构场地的危险性分析及结构反应分析,因本文旨在研究不同谱拟合方法对场地地震响应的形响。根据某实际场地的目标反应谱选择14条实测地震波,对时城修正方法和频域修正方法对场地地震反应的影响进行了评估,且选择了循环应力比率和场地放大系数以及有限滑动位移等参数来表征场地的地震反应。研究表明,使用时域修正方法与频域方法会使循环应力比率比放缩方法略微减少,而场地放大系数基本一致。对于有限滑动位移而言,在较浅的土层,放缩法所得到的有限滑动位移略大,而对于较浅的土层,则得到位移较小。     

最小二乘法分段拟合标定反应谱方法

反应谱的标定方法直接关系到反应谱特征参数的确定,合理的反应谱标定方法得到的设计反应谱能够真实地表达地震动的特性,是确定地震动输入的重要环节。提出了基于坐标变换的最小二乘法分段拟合方法,通过对汶川大地震不同场地典型强震记录反应谱的标定,对比了反应谱不同的标定方法,根据反应谱标定图形的对比及误差分析认为,最小二乘法分段拟合方法是操作简便且标定结果合理的反应谱标定方法。     

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。     

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。     

2008年汶川MS8.0地震反应谱平台值衰减特性研究

2008年汶川M_S8.0地震获得了大量的强震动记录, 为研究反应谱特征参数衰减特性提供了重要的基础资料. 本文对已知场地条件的174个台站的记录进行研究, 计算其加速度反应谱并按照最小二乘分段拟合方法进行标定, 进而拟合了反应谱平台值的衰减关系;对比分析了水平方向与竖直方向反应谱平台值的衰减特性, 提出用“平台值的场地衰减影响系数”来定量研究不同场地类型对反应谱平台值的影响, 用“衰减曲线下降速率”来定量分析不同衰减曲线的衰减速率. 通过计算得出水平向Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ类场地的平台值场地衰减影响系数平均值分别为0.5358, 1和1.579, 且Ⅲ类场地的加速度平台值衰减曲线的衰减速率最小.      

根据渐进谱的统计规律生成地震加速度时程

基于美国西部80条基岩上的近场强震记录, 采用Nakayama方法生成记录的渐进谱, 并参照Kameda方式,用统计方法建立了根据震级、距离等地震参数预测渐进谱的统计模型. 提出一种以渐进谱为目标谱的生成幅值和频率非平稳地震加速度时程的迭代方法. 由于考虑了渐进谱幅值和相位的相互影响,所生成的时程的相位也是时频非平稳的,并在相位调整中识别了相位谱增量符号以加速迭代收敛进程. 最后根据统计回归的目标渐进谱模型和本文提出的拟合目标渐进谱的方法,可生成不同震级、距离条件下的幅值和频率均非平稳的地震加速度时程.      

剪切波速不确定性对地表反应谱平台值的影响

剪切波速不确定性对场地地震反应具有显著的影响。基于不同场地类别的228个实际工程场地剖面,采用一维等效线性化波动分析程序LSSRLI-1。研究了不同地震动输入下土层剪切波速的不确定性对地表反应谱平台值的影响;提出了用地表反应谱平台值变化率表征剪切波速的不确定性引起的地表反应谱平台值的相对改变量;建立了地表反应谱平台值变化率与剪切波速变异率之间的函数关系;建议了考虑土层剪切波速的不确定性对地表反应谱平台值影响的修正公式,并给出了相应的修正系数,所得到的成果为工程抗震设计定量考虑剪切波速的不确定性对地表反应谱平台值的影响提供了科学依据。     

一种内蕴基线漂移校正的人工地震波 反应谱拟合方法

采用与传统频域法相反的思路,提出一种内蕴基线漂移校正且匹配目标反应谱的人工地震波直接拟合新方法。该方法首先构造非平稳位移时程表达式,进而求导得到速度、加速度时程表达式,由各表达式满足的归零条件确定相关的包络函数;其次,结合单自由度系统谐波响应的解析式,将匹配目标反应谱的拟合问题转化为关于待求幅值谱的非线性方程组;最后,结合高效的非线性方程迭代算法给出自然满足归零条件的加速度、速度及位移时程。分别以Rg1.60标准谱、某核岛楼层谱和《建筑抗震设计规范》中的设计谱为拟合算例验证所提方法的效率和精度。所提方法可成为人工地震波快速拟合的新途径。     

输入界面对反应谱平台值的影响

为了研究输入界面对设计反应谱平台值(αmax)的影响,利用目前工程上广泛应用的场地地震反应的一维等效线性化波动方法,计算了4类场地在6种不同强度的地震动输入下的地表加速度反应谱。将计算得到的地表加速度反应谱拟合成建筑抗震设计规范规定的设计反应谱的形式,分析了输入界面的改变对反应谱平台值的影响。结果发现:Ⅱ类和Ⅲ类场地在较小强度地震动输入时,输入界面的改变对平台值影响较小,在大强度地震动输入时,对平台值的影响较大;对于Ⅰ类和Ⅳ类场地,输入界面的改变对平台值的影响较小。     

俯冲带板间地震水平加速度谱阻尼修正系数研究

基于日本K-net和Kik-net台站的俯冲带地区板间地震的数据,分SCⅠ~SCⅣ四种场地分别建立了水平向加速度反应谱阻尼修正系数模型。利用最小二乘法进行回归拟合,拟合公式采用对数三次项提高拟合精度。通过统计检验和残差分析,验证模型的拟合效果。研究表明:低于5%与高于5%阻尼比的阻尼修正系数变化趋势差异明显,分别在周期点0.3~0.5s区间达到极大值和极小值;不同场地类别的阻尼修正系数统计上显著不同,建立不同场地类别的模型是必要的;模型残差的标准差分布在0.012~0.712之间,建立的阻尼修正系数模型较好的拟合了阻尼修正系数随谱周期和阻尼比的变化趋势。     

土层结构对反应谱平台值的影响

本文利用目前工程上广泛应用的场地地震反应的一维等效线性化波动方法,计算了不同场地模型在三种不同强度的地震动输入下的地表加速度反应谱。为了研究不同的土层结构对反应谱平台值的影响,本文将计算得到的地表加速度反应谱拟合成建筑抗震设计规范规定的设计反应谱的形式,分析对比了不同的覆盖层厚度、软弱土层对反应谱平台值的影响,得到了一些有价值的研究成果。     

考虑迭代相关及相位谱的人工地震波反应谱拟合

针对传统频域法拟合人工地震波过程中迭代效率低下的问题,本文提出使用考虑迭代相关的拟合方法与考虑相位谱的拟合方法相结合的综合方法,分别以 《公路桥梁抗震设计规范》 中的设计谱和核电厂设备抗震需求谱为拟合对象,对比了改进的综合方法与传统方法的优劣。结果显示:改进的综合方法对于目标设计谱的拟合精度较传统方法有明显提升,尤其是在反应谱的高频段和低频段;改进方法对于 《公路桥梁抗震设计规范》 中设计谱的拟合效果好于对核电厂设备抗震需求谱的拟合效果。      

用位移反应谱研究长周期设计地震反应谱

利用美国太平洋地震工程研究中心NGA数据库,分析了滤波低频截止周期(Tc)对位移反应谱的影响。选择较小的Tc将严重抑制长周期位移反应谱幅值。本文选用可靠使用周期不小于10 s的强地面运动加速度记录,研究了位移反应谱的长周期特性。结果表明,位移反应谱峰点周期是长周期地震反应谱的关键控制参数,受场地条件和震级的影响相对较小,但与震中距基本呈线性增长关系,而动力放大系数最大值波动范围较小,设计中可视为常数。建议在现行抗震设计规范谱的基础上,在速度控制段与位移控制段之间增加一个过渡段,以体现位移反应谱的有峰特征,并给出了控制参数的建议值。     

时变功率谱模型参数衰减规律研究

基于美国西部基岩强震加速度记录资料,采用多重滤波技术计算水平向和竖向地震加速度记录时程的时变功率谱值,并利用非线性最小二乘法拟合了对应于各条加速度记录时程的时变功率谱模型参数值.采用经验统计方法,分析了水平向和竖向加速度时变功率谱模型参数随震级、震中距及频率的变化规律,建立其衰减模型,并由多随机变量一致加权最小二乘法拟合得到了各衰减模型的系数值.通过与现有时变功率谱衰减规律的对比分析,证明了本文提出的衰减模型的合理性.