基于正交HHT方法的一种高效地震波仿真研究

针对常规HHT功率谱存在能量泄漏的问题,提出基于正交化HHT变换来模拟地震波的方法。结合正交HHT对地震波局部谱密度的估计方法,以正交HHT时变功率谱作为目标谱并利用三角级数法来模拟非平稳地震记录。并通过对El Centro波和Landers波的模拟来研究样本强度和频率的非平稳特性。结果显示,模拟样本的时频特性与原记录相接近;任意一个样本过程的时变谱不一定符合目标谱,但是在统计意义上却严格符合目标谱。可以为某一强震记录补充大量具有相同统计特性的样本波,有利于结构随机响应时程分析。     

结构地震反应在小波基下的动力可靠性分析

本文用Meyer小波作为地震地面运动非平稳过程的小波基，推导出线性多自由度在此小波基下的瞬时功率密度谱，由此求出结构动力及可靠度时程，实例表明：这种方法是有效可行的。     

地震地面运动模型的研究

地震地面运动被模拟成均值为零的两次过滤Ｇａｕｓｓ白噪声随机过程。第一次过滤削减白噪声的高频含量;第二次过滤削减白噪声的低频含量。根据地震记录的功率谱,使用非线性函数的最小二乘法,确定了两次过滤Ｇａｕｓｓ白噪声随机过程的功率谱密度函数的参数。     

设计地震反应谱的双参数标定方法及其应用

近年的工程地震工作,如地震小区划、重大工程场地的危险性分析等,一般都要做设计谱标定。既反映局部场地条件,又反映地震环境的双参数标定设计谱的方法,已为工程界接受。作为该方法的应用,本文采用澜沧——耿马地震的强震资料,重新确定了设计反应谱的形状参数,给出了反映云南地区地震特性的设计谱,可供中、小型工业与民用建筑抗震设计时参考使用。     

地震地面运动的估计问题

感谢地震工程研究会的热情邀请,使我有机会出席为纪念研究会成立50周年而举行的讲演会。     

地震地面运动的模糊随机模型

未来地震地面运动不仅具有随机性而且具有强烈的模糊性。这种模糊性是由于地震烈度和场地土类別的定义和评定标准的模糊性所引起的,在其模型中应该予以考虑。 本文从不同特征和条件的工程实际出发,在充分考虑上述模糊性和随机性的基础上,提出了地震地面运动的两种模糊随机模型。第一种模型是在预测地震烈度和应用地震反应谱的基础上建立起来的;第二种模型是在现有的随机过程模型的基础上,通过引进适当的模糊参数而建立起来的。     

求解反应谱的小波方法及汶川地震反应谱分析

采用四阶基数B-样条小波模拟地震动加速度时程,进而建立一种求地震反应的通用方法,解的误差仅来自于对地震动加速度时程的模拟。并用小波分解,将地震波分解为不同周期成分之和,以各分量最大加速度值的大小来衡量其在原波中的比重,可以清楚看到距震中不同远近地震波的性态,并做定量分析和观察各分量卓越周期的变化。求地震波及各分量的反应谱,从各分量的标准加速度反应谱中,可以看到地震波不同周期分量对体系固有周期的影响,这是以往做不到的。将上述方法应用于汶川8.0级地震加速度记录,研究不同地震记录的性态。     

工程结构等延性地震抗力谱研究

研究结构的非弹性反应谱对改进现有的结构抗震设计、发展基于性态的抗震设计以及了解复杂地面运动特性与结构动力特性之间的关系具有重要的意义。利用大量的单自由度在强震记录作用下的弹塑性动力时程分析,对等延性地震抗力谱这一重要的非弹性反应谱进行了较为详尽的研究,给出了四类场地条件(基岩、硬土、一般土和软土)下的平均等延性地震抗力谱,总结了对工程结构的抗震设计和研究具有实际意义的规律和特征,并分析了场地条件、结构的延性系数以及周期等对等延性地震抗力谱的影响,提出了新的拟合公式,其成果可供抗震研究和设计直接应用。     

基于离散谐小波变换的地震波时变谱估计及非平稳地震波人工合成

采用在频域内具有极好紧支性和盒形特性的谐小波作为母小波,推导了基于离散谐小波变换的地震波时变谱,并给出了不同尺度下能量随时间变化的包络函数的近似解析表达式．文中以Northridge地震波为例分析了时频分布特征．研究发现,对于自振频率为f的结构,其地震反应与输入地震波的时变谱在f 处的时域最大值（即）以及地震波在f 频率点附近的信号分量在时域内的能量集中程度有很大的关系;与db4波基相比,利用谐小波作为母小波的小波变换,其频域具有较好的分辨率,但时域分辨率却较差．最后提出了两种基于离散谐小波逆变换的人工非平稳地震波仿真方法．      

基于频谱分解的碳酸盐岩储层识别

频谱分解技术是将地震信号从时间域转换到频率域,分析频率对不同尺度地质体的振幅、相位响应特征的一项技术.频谱分解能够得到高于传统分辨率的解释结果,提高刻画储层分布的能力.本文详述了短时傅里叶变换、连续小波变换和S变换的数学原理及适用性:短时傅里叶变换使用固定时窗,不能根据信号的变化调整分辨率,只适合分析分段平稳或近似平稳的信号;连续小波变换使用移动的、尺度可变的小波作为时窗,具有多分辨率特点,但是实际中选择能反映信号特征的小波函数不易;S变换使用频率的倒数来调节时窗,具有多分辨率特征,对数据处理的适应性较强.将这三种方法分别应用于碳酸盐岩储层发育区,利用靠近地震主频的35 Hz分频剖面,分析了不同时窗大小的短时傅里叶变换效果,不同类型小波的连续小波变换效果,并对比了不同频谱分解算法对储层的描述精度.通过分析得出分频剖面比常规地震剖面更有利于储层识别,且S变换效果最好.     

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...     

基于随机Fourier谱的地震动合成研究

本文基于与物理随机模型相对应的随机Fourier谱,通过对地震动非平稳性及其所受影响机制的分析,建立了非平稳地震动合成的新方法。通过引入基本相位差谱,并将初始相角视为随机变量,以相位差谱的分布特性、随机地震动的统计特征以及对结构随机反应的影响为原则,利用计算机程序生成相位差谱,提出了基于随机Fourier谱的合成地震动方法。同时,利用快速FFT技术提高合成精度。根据本文提出的合成方法获得的地震动具有非平稳特性,将为后续研究工作提供合理的地震动加速度时程。     

基于物理的随机地震动模型研究

基于物理联系研究地震动随机性,建立了随机地震动与基底输入傅氏谱、场地固有圆频率和场地等价阻尼比之间的物理关系,从随机傅氏谱函数角度描述了地震动随机过程的随机性本质。结合Ⅳ类工程场地的实测地震动记录资料,由数值方法识别了给出基本随机变量的概率分布参数。与实测记录对比表明,本文建立的随机地震动模型具有明确的物理概念,可充分反映地震动的变异性特征。     

平稳随机地震地面运动过程模型及其统计特征

地震地面运动过程具有强烈的随机性,应用随机理论对实际工程结构进行地震可靠性分析和抗震设计与加固时都需要建立合理的随机地震地面运动模型,本文选择3种典型的随机地震动模型,即理想白噪声模型、金井清模型和改进的金井消模型,分析了它们的物理概念、频域特征以及适用范围。引入状态向量,建立状态方程．通过复振型叠加法分析了地震地面运动过程的时域统计特性,推导出3种随机地震动模型的相关函数的解析表达式．这些结果可为结构随机地震反应时域分析和抗震可靠性评估提供基础。     

Influence of earthquake ground motion incoherency on multi-support structures

A linear response history analysis method is used to determine the influence of three factors: geometric incoherency, wave-passage, and local site characteristics on the response of multi-support structures subjected to differential ground motions. A one-span frame and a reduced model of a 24-span bridge, located in Las Vegas, Nevada are studied, in which the influence of each of the three factors and their combinations are analyzed. It is revealed that the incoherency of earthquake ground motion can have a dramatic influence on structural response by modifying the dynamics response to uniform excitation and inducing pseudo-static response, which does not exist in structures subjected to uniform excitation. The total response when all three sources of ground motion incoherency are included is generally larger than that of uniform excitation.     

多窗谱分析在Q值估算中的应用

正弦窗谱分析和Slepian窗谱分析是两种常用的多窗谱分析方法.本文利用两种窗函数分别对含噪声的衰减模型进行谱分析对比,并根据谱比法估算了Q值.研究结果表明：正弦窗函数谱分析应用的效果优于Slepian窗谱分析应用的效果,而且多正弦窗谱估计更接近真实的谱.对于深部地层,噪声的影响更加严重,利用多正弦窗谱估计估算的Q值更接近理论的Q值.     

强震地面运动超随机特性的几点注记

本文详细论述了功率谱与功率谱密度、平方和SS与平方平均值MS的适用范围及物理意义,比较深入地分析了平稳和非平稳加速度时间历程的统计特征,通过引入时域包线获取特定相位的方法,考虑了非平稳特性。本文基于非平稳时间历程,在不考虑频率非平稳性的基础上,提出了设计地震动三要素:(1)平方和SS;(2)归一化自相关函数或其对应的功率谱;(3)地震动时域包线.本文提出了在设计地震动合成中考虑超随机特性的实用方法,并指出地震动的超随机特性(即归一化功率谱的锯齿状波动部分,或归一化自相关函数的随机噪声部分)与相位的随机性是地震动随机特性的两个重要方面。本文将地震动的统计分析直接建立在非平稳时间历程的基础之上,从而避开了要对地震动进行平稳化处理的困难。这样提取出的地震动统计特征完全是以真实地震动记录为基础的。应用这些统计特征,可模拟出符合统计要求的基于非平稳时间历程的设计地震动。最后本文还讨论了工程上常用的将反应谱近似转换为功率谱的转换式的一些缺陷。