完全非平穩(wěn)多點(diǎn)地震動(dòng)模擬研究.pdf

1、強(qiáng)地面運(yùn)動(dòng)是一個(gè)極其復(fù)雜的過(guò)程，受震源機(jī)制、傳播路徑、場(chǎng)地特性等因素的影響，觀測(cè)得到的地震動(dòng)通常表現(xiàn)為強(qiáng)非平穩(wěn)特性。尋找一種非平穩(wěn)地震動(dòng)模型化方法，使模擬地震動(dòng)特性與實(shí)際地震動(dòng)時(shí)頻分布特性一致，一直是地震動(dòng)模擬的研究熱點(diǎn)。而對(duì)于大型橋梁等空間延展結(jié)構(gòu)而言，由于其結(jié)構(gòu)不同支撐點(diǎn)位置和場(chǎng)地條件的不同，常常導(dǎo)致結(jié)構(gòu)各點(diǎn)地震輸入在時(shí)頻非平穩(wěn)的分布特性上出現(xiàn)差別，開(kāi)展多點(diǎn)地震動(dòng)時(shí)頻非平穩(wěn)特性分析與模擬方法研究，是重大工程結(jié)構(gòu)抗震分析對(duì)地震動(dòng)輸入研

2、究提出的迫切需求。
　　為此，本文對(duì)多點(diǎn)地震動(dòng)的非平穩(wěn)特性以及時(shí)頻完全非平穩(wěn)多點(diǎn)地震動(dòng)的實(shí)現(xiàn)問(wèn)題進(jìn)行了研究，主要工作和取得的成果可歸納為以下四個(gè)方面：
　?。?）空間多點(diǎn)地震動(dòng)場(chǎng)的非平穩(wěn)特性描述研究
　　通過(guò)引入非平穩(wěn)度的概念，采用非線性交叉預(yù)測(cè)法以及希爾伯特-黃變換方法分別對(duì)地震動(dòng)時(shí)域和頻域的非平穩(wěn)度進(jìn)行了分析。與強(qiáng)度包線與穿零率方法對(duì)比，非平穩(wěn)度方法描述地震動(dòng)時(shí)頻非平穩(wěn)特性不僅更為直觀、而且便于不同地震動(dòng)橫向?qū)Ρ取?/p>

3、利用非平穩(wěn)度直觀描述地震動(dòng)時(shí)頻非平穩(wěn)特性的優(yōu)勢(shì)，對(duì)SMART1-45臺(tái)陣記錄各測(cè)點(diǎn)地震動(dòng)的時(shí)頻非平穩(wěn)特性差異進(jìn)行了定量分析，揭示了實(shí)際空間多點(diǎn)地震時(shí)頻非平穩(wěn)特性隨距離和場(chǎng)地特征變化的規(guī)律。
　?。?）基于傳統(tǒng)傅立葉分析的多點(diǎn)地震動(dòng)非平穩(wěn)特性分析與模擬研究
　　采用直接定量分析多點(diǎn)地震動(dòng)場(chǎng)各點(diǎn)之間傅立葉幅值和相位差異的手段來(lái)建立時(shí)頻非平穩(wěn)多點(diǎn)地震動(dòng)模擬方法。在對(duì)多空間多點(diǎn)地震動(dòng)場(chǎng)各點(diǎn)傅立葉幅值與相位存在一個(gè)共同基本量認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)

4、上，研究了空間多點(diǎn)地震動(dòng)場(chǎng)各測(cè)點(diǎn)傅立葉幅值和相位與共同幅值和共同相位之間的波動(dòng)特征，建立了定量表述多點(diǎn)地震動(dòng)幅值與相位波動(dòng)的參數(shù)化模型，并結(jié)合SMART1-45臺(tái)陣記錄研究了空間多點(diǎn)地震動(dòng)幅值譜與相位差譜波動(dòng)量隨距離及土層厚度變化的規(guī)律。同時(shí)，還基于傳統(tǒng)傅立葉分析模擬地震動(dòng)方法，利用現(xiàn)有反應(yīng)譜與傅立葉幅值譜之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系、以及相位差譜對(duì)數(shù)正態(tài)分布模型相關(guān)研究成果，建立了可考慮幅值與相位空間變化規(guī)律，并能同時(shí)滿足時(shí)頻非平穩(wěn)特性與規(guī)范反應(yīng)譜

5、要求的多點(diǎn)地震動(dòng)場(chǎng)模擬方法。
　?。?）基于演變譜法的多點(diǎn)地震動(dòng)非平穩(wěn)特性分析與模擬研究
　　采用對(duì)地震動(dòng)時(shí)變功率譜進(jìn)行參數(shù)化建模的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)地震動(dòng)模擬的時(shí)頻非平穩(wěn)。通過(guò)非均勻調(diào)制函數(shù)以及直接對(duì)地震動(dòng)時(shí)變功率譜進(jìn)行建模兩種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)地震動(dòng)時(shí)變功率譜的模型化，并將其應(yīng)用于多點(diǎn)地震動(dòng)場(chǎng)的空間效應(yīng)分析，基于 SMART1-45臺(tái)陣記錄系統(tǒng)分析了局部場(chǎng)地空間位置變化對(duì)非均勻調(diào)制函數(shù)模型和Kameda時(shí)變功率譜模型參數(shù)的影響顯著程

6、度，建立了可考慮多點(diǎn)坐標(biāo)位置和場(chǎng)地土層厚度變化的完全非平穩(wěn)空間隨機(jī)地震動(dòng)模擬方法。
　?。?）基于分頻帶子波瞬時(shí)譜模型的多點(diǎn)地震動(dòng)非平穩(wěn)特性分析與模擬研究
　　采用直接對(duì)地震動(dòng)時(shí)頻分布建模的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)地震動(dòng)模擬的時(shí)頻非平穩(wěn)。通過(guò)小波變換多分辨率分析，將地震動(dòng)信號(hào)分解為固定頻帶下的地震動(dòng)子波，提
　　出了基于分頻帶子波實(shí)現(xiàn)地震動(dòng)瞬時(shí)譜模型化的改進(jìn)方法。同時(shí)，利用SMART1-45實(shí)際臺(tái)陣記錄，分析了地震動(dòng)分頻帶子波瞬

7、時(shí)譜參數(shù)的空間變化特性，建立了基于子波瞬時(shí)譜模型的完全非平穩(wěn)多點(diǎn)地震動(dòng)模擬方法，為瞬時(shí)譜方法在多點(diǎn)地震動(dòng)場(chǎng)分析中的應(yīng)用提供了新的思路。
　　論文以空間多點(diǎn)地震動(dòng)的非平穩(wěn)特性模擬為主線，在研究實(shí)際臺(tái)陣記錄空間時(shí)頻非平穩(wěn)特性變化效應(yīng)的基礎(chǔ)上，通過(guò)三種不同的方法對(duì)非平穩(wěn)多點(diǎn)地震動(dòng)模擬進(jìn)行了研究，是對(duì)目前非平穩(wěn)多點(diǎn)地震動(dòng)模擬的最新發(fā)展，研究成果不僅有利于對(duì)空間多點(diǎn)地震動(dòng)非平穩(wěn)特性的全面認(rèn)識(shí)，而且可為工程抗震設(shè)計(jì)提供實(shí)用的人工多點(diǎn)地震動(dòng)模擬