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。     

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.     

非平稳地震动过程模拟方法(Ⅱ)

在总结回顾具有同一统计特征非平稳地震动过程模拟的研究基础上, 提出了一个模拟产生与某个给定地震动记录具有同一统计特征[CD2]时变功率谱的非平稳地震动过程的方法. 方法具有如下一些特点： 模拟产生的样本过程在幅值上和频率上均是非平稳的, 幅值和频率的非平稳性均取决于目标时变功率谱; 任意一个样本过程的时变功率谱未必符合目标谱, 但在统计意义上却严格符合目标谱. 最后, 论文以Landers地震的一个加速度记录为例对方法进行了验证.     

基于小波变换的地震动时-频特性研究

对美国NGA,采用一维连续小波变换得到每条记录的小波功率谱。研究了任意时间处小波功率谱最大值所对应的主频率。结果表明:地震动主频率随时间的增大逐渐减小;竖向地震动分量的主频比水平向分量随时间减小更快。分别采用线性函数模型、指数函数模型和指数三角函数模型,分析了场地、震级和震中距对主频变化曲线的影响,拟合了主频率在不同场地条件、震级、震中距等情况下随时间的变化曲线,水平向和竖向的频率时变曲线整体上都是随时间递减的,且竖向衰减得更快些,大多数情况下竖向记录的高频成分比水平向记录的相应成分要多。     

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。     

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．      

基于快速傅里叶变换的地震波加速度构成及其幅频特性研究

根据2008年汶川M_S8.0地震广元曾家台(GYZJ)的强震记录,运用Matlab软件对东西向55—75 s的加速度时程进行快速傅里叶变换,得到有限复傅里叶系数,从而将离散的加速度记录转化为加速度随时间变化的函数表达式. 该表达式中包含了50组不同频率的正弦波和余弦波,由此确定了地震波加速度的主要构成. 经回归分析可知, 函数计算值与原始记录的相关系数R为0.9,拟合程度良好; 利用SeismoSignal软件对地震波加速度时程进行谱分析,结果表明在原来的波中频率约为2.8 Hz的谐振分量振幅最大且0—10 Hz这一频段的波最为丰富. 这一结果与函数表达式中频率与振幅的分布基本吻合, 为深入研究汶川地震的动力特性及其对山体动力效应的分析提供了重要的理论依据,具有广阔的应用前景.     

地震动强度对场地地震反应的影响

通过对场地地震反应的研究发现,地震动强度不同,同样的场地对地震动的影响也不同,得到的反应谱形状也不同。目前我国抗震设计规范中不同烈度下的设计反应谱形状完全一致,没有考虑地震动强弱对相同场地反应谱形状的影响。     

特殊长周期地震动的参数特征研究

近断层脉冲型地震动和远场软土层场地类谐和地震动是两类特殊的长周期地震动,当前的规范均很少对这两类地震作用进行具体的规定。研究了近断层脉冲型和远场类谐和地震动的幅值、幅值比（V／A,D／V）、傅里叶幅值谱和反应谱的差别,分析了相位角和作用循环周期数对简单脉冲的影响,并用于解释两类特殊地震动的工程特征。以集集地震动为数据基础,分析了两类长周期地震动的傅里叶谱和反应谱特征;将平均加速度和位移规准反应谱分别与规范设计谱进行了比较。建议设计谱在长周期段考虑近断层作用和软土场地面波效应的影响。     

A modified method for simulating non-stationary multi-point earthquake ground motion

A spectral-representation-based algorithm is proposed to simulate non-stationary and stochastic processes with evolutionary power,according to a prescribed non-stationary cross-spectral density matrix. Non-stationary multi-point seismic ground motions at different locations on the ground surface are generated for use in engineering applications. First,a modified iterative procedure is used to generate uniformly modulated non-stationary ground motion time histories which are compatible with the prescribed power spectrum. Then,ground motion time histories are modeled as a non-stationary stochastic process with amplitude and frequency modulation. The characteristic frequency and damping ratio of the Clough-Penzien acceleration spectrum are considered as a function of time in order to study the frequency time variation. Finally,two numerical examples are presented to validate the efficiency of the proposed method,and the results show that this method can be effectively applied to the dynamic seismic analysis of long and large scale structures.     

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。     

基于目标反应谱和包线的地震动合成

本文给出了以目标反应谱和目标包线函数为双目标函数的人工地震动合成方法,不仅使人工地震动符合目标反应谱,还在迭代过程中对地震动波形进行调整,使之基本符合目标包线函数,并消除了加速度时程的基线偏移,使速度时程和位移时程更为合理。本文认为当研究非线性结构体系的动力反应规律时,有必要对输入的人工地震动时程的反应谱和包线均进行比较准确的控制,使人工地震动时程符合多个统计特征。     

Simulation of non-stationary ground motion processes(I)

Introduction Up to now,simulation of non-stationary ground motion processes in engineering usually is bygenerating stationary ground motion processes,then making them non-stationary by an enve-lope function(Amin and Ang,1968);and the envelope function is usually calculated based on sta-tistical analysis of ground motion records,and the stationary ground motion processes are simu-lated using filtering method,spectral representation method,or time domain method,etc.Because the envelope function …