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。     

长输管道在多点输入下的地震响应分析

引入反应谱和功率谱的转换关系,采用功率谱修正迭代方法,改进了基于设计反应谱的空间多点相关非平稳地震动的合成方法。建立了考虑管-土相互作用的长输管道有限元模型,并考虑地震波传播的空间效应和行波效应,开展了均一场地条件下埋地管道的时程地震反应分析。     

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。     

空间相关的多点地震动合成(I)基本公式

本文给出了一套较为完善的多点地震动合成公式,用随机过程理论推导出了合成公式中的幅值、相位角与功率谱矩陈的关系,可在频域合成空间相关的多点地震动时程。     

面向设计应用的地震动空间相干函数模型

本文对现有的常用地震动空间相干模型进行了总结,提出了一个新的面向工程抗震设计应用的形式统一的地震动空间相干函数模型,在此基础上推导出了多点地震反应谱和功率谱计算所需要的振型组合系数的解析表达式,避免了耗费时间的数值积分运算。本文模型与计算方法使多点地震激励下结构响应的计算时间减低至积分方法的1/20以下,使多点地震反应谱方法和多点地震功率谱方法在计算时间方面实用化。     

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.      

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。     

坡地地形对地震动特性的影响分析

采用有限元有限差分方法,结合人工透射边界理论,研究局部坡地地形对地震动特性的影响,分析坡高、坡角对地形放大效应的影响.研究结果表明:坡地地形斜坡段各点反应谱谱比最大值沿坡高逐渐增大,坡脚点对地震动反应谱谱比呈缩小效应;坡底段各点反应谱谱比接近1;坡起平台段空间点受地形效应的影响较大;坡高和坡角对地形效应的影响较明显,当...     

大跨度空间网格结构多维多点随机地震反应分析

本文建立了三维正交地震动多点激励下大跨度空间网格结构的随机地震反应分析方法,依据现行抗震设计规范的有关规定,确定了平稳随机地震动功率谱密度的模型参数。数值仿真分析了一柱距80m的正方形平板网架分别在一维地震动或三维地震动的一致激励、行波激励和考虑部分相干效应的随机激励下的地震反应。结果表明:考虑地震动的空间效应会很大程度地改变结构杆件的内力,其中控制杆件的内力增幅达到30%;地震动的行波效应对结构杆件内力的影响比随机地震动的部分相干效应的影响更大;三维地震作用比一维地震作用下结构杆件的内力大。由此得出结论,对于大跨度空间网格结构,必须进行多维多点地震激励下的随机地震反应分析。     

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。     

A method for generating fully non-stationary and spectrum-compatible ground motion vector processes

Earthquake ground motion spatial variability can influence significantly the response of certain structures. In order to accurately evaluate probabilistic characteristics of the seismic response of structures, the Monte Carlo simulation technique is still the only universal method of analysis when strong nonlinearities and input uncertainties are involved. Consequently, realizations of ground motion time histories taking into account both time and spatial variability need to be generated. Furthermore, for some design applications, the generated time histories must also satisfy the provision imposed by certain seismic codes stating that they have to be also response-spectrum-compatible. For these purposes, a spectral-representation-based methodology for generating fully non-stationary and spectrum-compatible ground motion vector processes at a number of locations on the ground surface is proposed in this paper. The simulated time histories do not require any iterations on the individual generated sample functions so that Gaussianity and prescribed coherence are suitably preserved. The methodology has also the advantage of providing the fully non-stationary and spectrum-compatible cross-spectral density matrix of the ground motion time-histories that can be used for reliability studies in an analytic stochastic fashion.     

库车河铜场水库的人工合成基岩地震动加速度时程

针对所承担工程任务的要求,采用目前较为成熟的数值计算方法,将根据地震危险性分析计算得到的库车河铜场水库的地震动参数（３ 种概率水平）转换成模拟的地震动加速度时程。因为计算中直接采用了新疆地区乌恰强余震频谱,合成的基岩地震动加速度时程很好地反映了该地区的工程特性     

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。     

Influence of irregular topography and random soil properties on coherency loss of spatial seismic ground motions

Coherency functions are used to describe the spatial variation of seismic ground motions at multiple supports of long span structures. Many coherency function models have been proposed based on theoretical derivation or measured spatial ground motion time histories at dense seismographic arrays. Most of them are suitable for modelling spatial ground motions on flat‐lying alluvial sites. It has been found that these coherency functions are not appropriate for modelling spatial variations of ground motions at sites with irregular topography (Struct. Saf. 1991; 10 (1):1–13). This paper investigates the influence of layered irregular sites and random soil properties on coherency functions of spatial ground motions on ground surface. Ground motion time histories at different locations on ground surface of the irregular site are generated based on the combined spectral representation method and one‐dimensional wave propagation theory. Random soil properties, including shear modulus, density and damping ratio of each layer, are assumed to follow normal distributions, and are modelled by the independent one‐dimensional random fields in the vertical direction. Monte‐Carlo simulations are employed to model the effect of random variations of soil properties on the simulated surface ground motion time histories. The coherency function is estimated from the simulated ground motion time histories. Numerical examples are presented to illustrate the proposed method. Numerical results show that coherency function directly relates to the spectral ratio of two local sites, and the influence of randomly varying soil properties at a canyon site on coherency functions of spatial surface ground motions cannot be neglected. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

基岩地震动参数与震级和距离的关系

关于强地震对结构的作用,应当考虑随时间变化的地面运动的全过程。 这个过程的统计特征是由震级、中间介质及地表土层的特性决定的。 因为现在已经有了从基岩运动推算地表运动的可靠方法,所以搞清基岩运动的特征并由此对基岩运动的过程作出估计,显得特别重要。 本文对美国27个基岩台上的强震记录的反应普以及几个最大值与震级和震源距离的关系进行了统计分析,找到它们的关系。从这些关系出发,对指定的震级和震源距离的基岩,可以估计它的运动特征,并人工造成一组运动过程。      

Scenario-Based Seismic Risk Analysis: An Engineering Approach to the Development of Source and Site-Specific Ground Motion Time Histories in Areas of Low Seismicity

Modern engineering design methods require ground motion time histories as input for non-linear dynamic structural analysis. Non-linear dynamic methods of analysis are increasingly applied in the context of probabilistic risk assessments and for cost-effective design of critical infrastructures. In current engineering practice artificial time histories matching deterministic design spectra or probabilistic uniform hazard spectra are most frequently used for engineering analysis. The intermediate step of generation of response spectra can lead to a biased estimate of the potential damage from earthquakes because of insufficient consideration of the true energy content and strong motion duration of earthquakes. Thus, assessment of seismic risk may seem unrealistic. An engineering approach to the development of three-component ground motion time histories has been established which enables consideration of the typical characteristics of seismic sources, regional ground motion attenuation, and the main geotechnical characteristics of the target site. Therefore, the approach is suitable for use in scenario-based risk analysis a larger number of time histories are required for representation of the seismic hazard. Near-field effects are implemented in the stochastic source model using engineering approximations. The approach is suggested for use in areas of low seismicity where ground motion records of larger earthquakes are not available. Uncertainty analysis indicates that ground motions generated by individual earthquakes are well constrained and that the usual lognormal model is not the best choice for predicting the upper tail of the distribution of the ground motions.     

近断层地震动场预测——以长春市为例

断层带附近地震动场分布的研究,是当前地震工程领域研究的热点问题之一。近断层地震动场的分布对在断层附近进行抗震结构设计时,不仅是提供地震动输入,也是确定建设场地避让范围的重要依据之一。以区域地震构造背景分析、目标断层活动性鉴定、地震危险性评价为基础,结合断层探测结果,利用统计经验关系等最终确定发震断层,并建立相应的震源模型。采用显式有限元和并行计算技术计算目标区域场地的长周期地震动。利用有限断层随机合成的方法,计算高频地震动。将低频和高频地震动合成为目标区域内的宽频带地震动时程。对局部特殊场地条件地区,基于场地调查和勘探的数据,利用等效线性化等方法进行一维土层的非线性反应计算,给出这些特殊场地的宽频带地震动时程。最后,根据地震动时程获得设定地震发生时,目标区域的峰值加速度分布预测图和相应的反应谱。以长春市为例预测了在设定地震发生时,近断层地震动场的分布情况。当长春尖山子—卡伦断层发生6.0级地震时,潜在破坏性地震动的影响范围集中在附近,沿断层走向分布。加速度峰值沿断层垂直变化,主要为90 Gal～140 Gal。只是在长春市南部加速度峰值达到200 Gal。本研究的预测结果具备断层附近地震动的一些最基本的特征,符合当前对断层附近地震动的基本认识。     

Comparison between staggered grid finite difference method and stochastic method in simulating strong ground motions

Introduction There are various factors affecting the propagation of earthquake waves. Usually these fac- tors include the earthquake source, the path and the site effects. Simulations of the earthquake wave propagation and the strong ground motion are an adequate way to exhibit these factors (Virieux, 1986; Levander, 1988; Frankel and Vidale, 1992; Frankel, 1993; Graves, 1993, 1996a; Olsen et al, 1995; Pitarka et al, 1996; Pitarka, 1999). The most popular numerical method in use is the gri…