小波变换在地震动模拟中应用研究

对模拟随机地震动的非平稳性进行了探讨,利用小波变换,通过分析地震动中各频率成分,利用小波系数与功率谱密度函数的关系模拟地震动的非平稳特性,和传统的平稳分析模型相比,更符合地震动实际,为进一步研究奠定了基础。     

对水工建筑物设计反应谱的人工波合成

本文指出了进行水工建筑物的抗震设计和模型试验时 ,合成人工地震动的必要性。简单回顾了合成谱拟合人工地震动的各种方法 ;此外 ,详细介绍了时域法进行人工地震动谱拟合的基本公式 ,以及方法的特色与创新点。最后针对龙羊峡、溪落渡拱坝等实际工程 ,用时域法生成了与《水工建筑物抗震设计规范》规定的设计反应谱相拟合的人工地震动时程。文中分析了谱拟合的精度 ,表明时域法生成谱拟合人工地震动的优越性     

相位差谱法合成人工地震动及其验证

在三角级数和快速傅里叶变换基础上,基于相位差谱法合成了具有频率非平稳的人工地震动。分析了三角级数合成地震动基本原理和优缺点,利用强度包络函数刻画强度非平稳;基于相位差谱法合成地震动,能考虑其相干性、场地效应、多维性和非平稳特性,通过频域拟合目标反应谱的方法对新合成地震动进行幅值精度迭代修正;以某三跨高墩钢构桥为背景,从PEER中选取6条实际地震动,和三角级数法对提出的相位差谱法合成地震动进行准确性验证。     

核设备设计地震动包络标准PSD的拟合及试验研究

核设备的抗震设计是核电厂抗震领域的一个重要问题,为了实现核电厂设备典型反应谱(RRS)匹配和标准功率谱密度(PSD)包络的设计地震动拟合,提出了一个标准PSD生成方法,该方法基于2014版《标准审查大纲》(SRP)建议的核电厂厂址设计地震动拟合方法,考虑迭代相关及随机相位谱对迭代收敛效率的影响,并通过在传统频域法拟合人工波过程中控制傅里叶幅值的手段实现了RRS匹配和标准PSD包络的人工地震波合成,为核设备抗震设计的楼面地震波提供了检验依据。选择压力容器作为核设备抗震研究的原型,通过振动台模型试验对比试件的响应峰值参数以及响应加速度时程的功率谱密度函数,验证了同时匹配RRS及包络PSD的人工地震动会激励设备更大响应的理论,说明了在设计地震动拟合中包络PSD要求的意义与重要性,认为可以作为设计过程中非强制的建议条件。     

基于高斯函数的完全非平稳地震动多峰模型及其应用

地震动非平稳特征对非线性结构地震反应的影响不可忽视,并且地震动非平稳特征的准确描述对工程用人工地震波的生成也具有重要意义。在非平稳过程谱表现法的基础上,采用多个高斯函数叠加的包络函数对各频率分量进行调制,建立了一种更加符合地震动非平稳特征的多峰演变功率谱密度模型;基于广义谐和小波,利用Spanos-Tratskas方法计算实际地震动的演变功率谱密度,在预识别峰值相关参数的基础上采用遗传算法进行模型参数识别;选取KiK-net地震波数据库中近2 500条实际地表地震动记录,验证本模型的适用性,通过算例进行了实际应用。结果表明,所提出的多峰演变功率谱密度模型可以实现强度调制在各频率点的自适应性,特别是在中高频段能较好模拟地震动的多峰特征。通过基于高斯函数的多峰演变功率谱密度模型及其参数识别,将地震动的非平稳特征提取到模型参数中,使得地震动非平稳特性的研究可以通过对其参数的分析实现。所提出的模型可以为地震动非平稳特性的研究提供参考。     

完全非平稳地震动演化功率谱模型及其工程应用

基于平稳地震动过程的过滤白谱功率谱模型,提出一种能够实现时变谱能量描述的完全非平稳时变功率谱参数化模型,并通过参数识别获得具有工程意义的模型参数。采用基岩滤波器对K-T谱进行修正,使得时变谱参数具有明确的物理意义,并更加符合基岩地震动的物理特性;基于广义谐和小波变换得到地震波的时频分布,并通过Spanos-Tratskas方法估计出实际地震动的目标时变功率谱,引入遗传算法及二次优化技术,拟合时变参数的数学表达式,建立完全非平稳的地震动时变功率谱模型,模型参数识别过程采用了日本KIK-net强震数据库,并将其按照我国场地类别重新分类,最后验证该模型的有效性与适用性。该文提出的地震动随机模型为更加准确地描述地震动提供了参考,并为完全非平稳地震波的生成提供了依据。     

基于AR模型台风风场模拟

由于获得实测的台风风速曲线记录比较困难,因此在现有的数学模型基础上开展台风风场的数值模拟研究显得十分必要。文章根据拟合得到的"石沅"台风谱,采用AR模型生成具有时间相关性和空间相关性的脉动风速,从而获得台风空间相关性风场。模拟风速的自相关函数和功率谱密度函数与目标自相关函数和目标功率谱均吻合较好,证明了AR模型具有较高的精度,同时也验证了所取参数的正确性。     

多维地震动作用下非对称结构扭转耦连随机反应分析

工程结构的随机地震反应分析,常在频域中用到地震动的功率谱密度函数。本文应用作者提出的地震动的转动功率谱数学模型,对非对称结构进行了随机反应分析。从多维地震动输入下的结构三维振动方程出发,给出了结构多维随机振动的振型位移法和振型加速度法。通过数值计算,讨论了扭转分量对结构反应的影响,得到了一些对实际工程有意义的结果。     

地震反应谱、功率谱以及傅立叶谱关系探讨

时程分析法作为目前结构地震响应分析中最为精准的方法,其准确性在很大程度上依赖于地震波的选取。然而,目前可用的地震记录较少,此时人工合成地震动不失为一个合理的选择。人工地震波的合成有一个基本的要求:模拟结果能与目标反应谱符合得较好,这就要求对地震动的功率谱、傅立叶谱以及反应谱等有较清楚的认识。本文详细地阐述了地震动模拟中涉及到的反应谱、功率谱和傅立叶谱的概念以及三者之间的关系,并初步讨论了目前地震动模拟中存在的一些缺陷,展望了未来地震动模型的发展方向。     

工程结构抗震分析的实用地震动功率谱模型

结合我国现行抗震规范的场地划分,提出了一种将非平稳随机地震动等效为平稳随机过程的地震动功率谱模型,导出了谱强度与最大地面运动加速度均值、地震烈度和地震水准的关系,并考虑了部分相干效应、行波效应等空间相关特性的影响。结合工程实例,对比反应谱法验证了自功率谱模型的准确性。该模型可用于空间结构的单一激励或多点激励的随机地震反应分析,具有较高的实用价值。     

Wavelet‐Based Method for Generating Nonstationary Artificial Pulse‐Like Near‐Fault Ground Motions

A method to generate a suite of artificial near‐fault ground motion time histories for specified earthquakes is presented. A wavelet‐based nonstationary (WB‐NS) model has been employed to effectively capture the time‐varying frequency content of a particular acceleration record and continuous wavelet transform has been used to simulate the largest velocity pulse. Furthermore, an iterative procedure using discrete wavelet transform is utilized to modify an earthquake ground motion and generate energy‐compatible ground motion. Eventually, the artificial near‐fault accelerogram is achieved via the superposition of a coherent extracted velocity pulse with a random acceleration record corresponding to a WB‐NS model and multiplied by a time‐modulating envelope function. The effectiveness of the method is demonstrated by comparing the spectral response and Arias intensity curves of the simulated accelerograms with those of the real records.     

拟合标准反应谱的人工地震波

本文从加速度反应谱出发,利用Maharaj K.Kaul导出的反应谱与功率谱的近似关系式,求出相应的功率谱,再按此功率谱去合成人工地震波。按此想法编制了计算机程序——ASEW,产生了与我国现行工业与民用建筑抗震设计规范的标准反应谱相对应的人工地震渡。通过计算结果的对比分析,研究并讨论了一些参数的影响。 ASEW程序还可以按照其它不同的输入信息,发生不同功能的人工地震波,文中对此也作了说明。     

人工地震波场地土参数模型的研究

人工地面运动时程是工程抗震研究的重要工具。在实际应用中 ,调整功率谱密度函数以适应各类场地土仍是一项困难的工作。本文结合框架结构抗震分析程序SARCF的改进 ,以广泛应用的Kanai Tajimi谱为对象 ,提出了一个新的适用于不同场地土的功率谱密度参数模型。作为校准 ,本文提供了典型地震记录和引用新模型的人工地震记录对框架结构非线性振动反应的分析结果。     

Stochastic seismic analysis of multidegree of freedom systems

A unconditionally stable step-by-step procedure is proposed to evaluate the mean square response of a linear system with several degrees of freedom, subjected to earthquake ground motion.A non-stationary modulated random process, obtained as the product of a deterministic time envelope function and a stationary noise, is used to simulate earthquake acceleration. The accuracy of the procedure and its extension to nonlinear systems are discussed.Numerical examples are given for a hysteretic system, a duffing oscillator and a linear system with several degrees of freedom.     

特高压输电塔脉动风场模拟分析

运用谐波合成法对输电塔线体系进行了顺风向脉动风场模拟,通过对模拟脉动风的功率谱与目标功率谱的验证,指出该方法能准确有效的模拟出符合要求的随机变量。     

基于相位差谱与幅值谱的人造地震动的反应谱拟合

首先,利用相位差分谱与非平稳强度包络线的相似关系确定地震动的相位角,根据速度谱与傅里叶幅值谱的形状相似来近似地震动的幅值谱,然后,通过在频域内调整傅里叶振幅谱的方法合成加速度时程.算例分析结果表明,该算法所得到的人工地震动时程对目标谱具有较好的精度.     

层状半空间中洞室群对地震动的时域放大作用

采用间接边界元法和频域变换方法研究了层状半空间中洞室群对地震动的出平面时域放大作用,并以天津地区典型场地为例分析了洞室间距和入射地震动频谱对放大作用的影响。研究表明,洞室群对地震动的放大作用非常大,与自由场相比,地表加速度峰值放大32.1%,地表加速度反应谱峰值放大85.2%,洞室群对地震动的频谱也有明显影响;洞室间距越小,洞室之间的相互影响越大,对地震动的放大作用越大。研究对于地铁沿线设计地震动的估计具有参考价值。     

核电厂抗震设计谱确定方法分析

抗震设计谱是核电厂抗震设计的主要依据。核电设计谱的表达多采用直线分段式方法,一般由固定的设计谱形与具有一定保证概率的地震动幅值共同组成。简要回顾核电设计谱的发展历程,对核电设计谱的主要确定方法进行比较和分析,探讨统一危险性谱在核电抗震应用中的问题。基于近期发生的强震动数据库,按4种设计谱标定方法分别计算设计谱以及反映设计谱稳定性的规准伪速度谱谱比曲线。分析结果表明,基于双规准反应谱的设计谱在速度控制段的谱值明显偏高,直接基于伪速度谱的设计谱标定方法具有稳定性优势。最后,为我国核电设计谱进一步研究工作的开展提出些许看法和建议。