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.      

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.      

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.     

Earthquake accelerogram simulation with statistical law of evolutionary power spectrum

By using the technique for evolutionary power spectrum proposed by Nakayama and with reference to the Kameda formula, an evolutionary spectrum prediction model for given earthquake magnitude and distance is established based on the 80 near-source acceleration records at rock surface with large magnitude from the ground motion database of western U.S.. Then a new iteration method is developed for generation of random accelerograms non-stationary both in amplitude and frequency which are compatible with target evolutionary spectrum. The phase spectra of those simulated accelerograms are also non-stationary in time and frequency domains since the interaction between amplitude and phase angle has been considered during the generation. Furthermore, the sign of the phase spectrum increment is identified to accelerate the iteration. With the proposed statistical model for predicting evolutionary power spectra and the new method for generating compatible time history, the artificial random earthquake accelerograms non-stationary both in amplitude and frequency for certain magnitude and distance can be provided.     

地震动功率谱与反应谱的转换关系

本文详细评述了现今常用的几种加速度反应谱与功率谱的转换关系。对于小阻尼单质点体系而言，考虑到输入地震动是一非平稳的随机过程，又由于其传递函数的窄频带滤波特性，它的加速度反应将是一窄频带的非平稳随机过程。对于峰值系数水平的超越不是独立的，而是成群超越。据此本文考虑非平稳效应和对峰值系数水平的成群效应，对前人的转换关系进行了修正，并基于随机振动理论，给出了对工程上常用的频率平稳、强度非平稳的地震;动模型的功率谱和反应谱的转换关系。此转换关系对于长、短持时的地震动记录和反应谱长、短周期部分以及不同阻尼比的反应谱都能给出精度较高的结果。     

基于目标功率谱和包线的地震动合成

本文给出了以目标功率谱和目标包线函数为双目标函数的人工地震动合成方法,使人工地震动不仅符合目标功率谱,还基本符合目标包线函数,并对加速度基线进行了调整,使速度时程和位移时程更为合理。作者认为如果用反应谱作为目标谱,生成的人工地震动时程可能会弱化地震动的随机特性,用这样的人工地震动时程作为输入来分析建筑结构的非线性动力反应,不是理想的选择。对建筑结构进行非线性时程分析时,用基于功率谱的人工地震动作为输入,应当是一种更为合理的方法。作者认为平方和具有明确的物理意义,是随机信号的总能量参数,并通过理论分析和数值计算,对于一定持时的随机平稳信号样本,平方和(持时×平方平均值)对振幅起重要控制作用。平方和、归一化功率谱、时域包线函数是基于功率谱模型的地震动三要素。     

基于新《电力设施抗震设计规范》的地震动随机模型参数研究

根据新《电力设施抗震设计规范》(GB50260-2013)对随机地震动功率谱参数的取值进行分析。介绍新《电力设施抗震设计规范》中设计反应谱,推导设计谱到功率谱的转换过程。选取常用的Clough-Penzien修正过滤白噪声模型作为拟合函数,通过功率谱参数拟合,得到不同场地类别、不同抗震设防烈度下的地震动模型参数。该研究成果可为电力工程抗震设计分析提供参考。     

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.     

基于小波函数的地震动反应谱与峰值位移拟合方法

采用数值方法合成地震动时,除对反应谱拟合外,对峰值位移的拟合和天然地震动非平稳特性的模拟也具有重要的意义和工程应用前景.本文基于小波函数的拟合方法,提出了一种能够同时合成目标反应谱和峰值位移的地震动加速度时程.数值算例表明:该方法具有较快的收敛速度,可用较少的迭代运算实现对目标反应谱和目标峰值位移的较高精度拟合;相较于...     

Simulation of three-dimensional strong ground motions along principal axes,San Fernando earthquake

Power spectral density which describes frequency content is considered one of the most significant properties to be taken into account when generating ground motions through the use of stochastic processes. Using a smoothed and normalized Fourier amplitude spectrum, frequency content for components of motion along a set of principal axes is estimated. Fourier amplitude spectra obtained by this moving-window technique are presented which show the time dependency of frequency content for motions produced by the San Fernando earthquake of 9 February 1971. A mathematical model to simulate ground motion processes is proposed for which both the intensity and frequency content are non-stationary. Using this mathematical model with parameter characteristics along principal axes similar to those of the motions recorded during the San Fernando earthquake, three-dimensional ground motions are synthetically generated. The properties of the simulated motions show general characteristics similar to the characteristics observed in real accelerograms. The suggested model is considered adequate for engineering purposes.     

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 …     

相关多点地震动合成HOP方法的分析与改进

解释了相关多点地震动合成的HOP方法具有局部场地收敛性,分析了其生成各点地震动幅值相差较大的原因。除第一点外,HOP方法生成的各点地震动自功率谱围绕真实值波动,导致某些频率的能量过大而某些频率变小。由于结构频谱的离散性,如果恰好与能量大的频率吻合,则会激发结构强烈的振动响应,反之结构的响应值偏小,这与实际不符;进行非线性响应计算时或因为某些频率能量过大而使结构进入非线性阶段,则响应的期望值也是错误的。通过对实际地震波传播机制的模拟,提出了改进的HOP的方法。算例表明,此方法具有局部场地收敛性,各点自功率谱吻合给定的目标值,进而保证了各点幅值的一致性,可以用于结构抗震非线性响应分析。     

基于强度和能量控制的随机地震动模型

考虑地震动的随机性和频率与强度非平稳性,通过理论分析,提出了一般随机地震动模型,并给出了确定模型参数的原则和方法。该模型以地震动强度、地震动能量以及地震动持时等宏观指标作为控制随机地震动模型参数的指标,而对其内在的频谱组成等指标只要求满足一般地震动的特征。该模型可以用于描述平稳随机过程、强度非平稳随机过程以及强度和频率完全非平稳随机过程。通过与常用功率谱模型的比较,验证了该模型的合理性。     

拟合多阻尼比目标反应谱的高精度地震动调整方法

基于地震动调整效果的衡量指标比较了时域合成法和时频分析法的优缺点,在推导阿里亚斯强度与绝对加速度反应谱定量关系的基础上,将时域叠加小波函数法和时频小波分析调整法相结合,提出了一种能保留地震动强非平稳特性、对真实地震动相位差谱改动较少、能同时拟合多阻尼比目标反应谱的高精度地震动调整方法,并通过拟合美国规范D-V-A联合谱的算例证明了该方法的精度和通用性。     

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.      

上海地震台阵地动噪声功率谱分析

介绍了功率谱分析的计算方法，并将功率谱应用于对上海地震台阵地动噪声记录的分析。结果表明，该台阵16个子台的地动噪声功率谱在高于1Hz的频域上均低于宽频带台站的平均值，说明各子台的背景噪声符合并优于地震观测对背景噪声的要求。而对于高频段的噪声则可通过台阵的独特的数据处理，很容易将其去除。     

考虑时间-空间变化的人工随机场模拟

采用随频率变化的视波速代替随意给定的视波速，并在随机场的模拟中引入相位差谱来考虑地震动的频率含量非平稳性．用谱表示法按不同的设计烈度生成了时间-空间变化的非平稳人工随机场，可用于大跨度空间结构多点激励的地震动输入．      

Simulation of artificial random field considering the temporal-spatial variation

Introduction For the seismic design of special structures such as nuclear power station, marine platform, long-span bridge and dam, generally the time-history response analysis of the structure under seismic excitation is imperative, which was coded in most seismic design codes. The earthquake records suitable for the seismic situation and site condition are necessary to be used as the seismic input in the dynamic analysis of structures. As a result of the limited observational condition of st…     

全非平稳地震作用的结构随机反应与可靠度分析

在平稳地震动过程的Clough-Penzien功率谱基础上,采用林家浩非均匀调制函数建立全非平稳地震动过程的演变功率谱。根据我国现行的《建筑抗震设计规范》进行全非平稳地震动演变功率谱的参数识别研究。应用非平稳随机过程模拟的谱表示-随机函数方法,生成建筑结构抗震设计所用地震动的代表性样本集合。通过代表性样本集合的二阶统计值及地震反应谱与目标值的拟合比较,验证本文方法的有效性。最后结合概率密度演化方法,进行以层间位移角为控制准则的结构随机地震反应分析与抗震可靠度计算。