[发明专利]一种匹配多目标的频率非平稳地震动拟合方法

权利要求书

1.一种匹配多目标的频率非平稳地震动拟合方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)根据目标地震动拟合参数计算演变功率谱时频包线函数；计算演变功率谱时频包线函数的方法包括：利用给定地震动主频率变化函数计算频率成分随时间的分布函数，结合地震动强度包线得到时频谱等效平均强度包线，从而得到地震动的时频联合分布和地震动的演变功率谱时频包线函数；

(2)选定初始相位参数，合成初始地震动并计算小波时频谱；

(3)将目标加速度反应谱离散化处理，对全部控制点进行多轮调整并进行基线校正，直至地震反应谱和峰值加速度都满足目标限值；

(4)记录地震反应谱调整轮数，并计算满足反应谱和峰值加速度限值要求的地震动小波谱与初始地震动小波谱之间的二维相关系数；

(5)若地震反应谱调整轮数和上述二维相关系数不满足限值，则重新生成新的初始相位参数，并重复步骤(2)-(4)，直至地震动反应谱调整轮数和上述二维相关系数满足限值要求，从而获得满足所有目标的地震加速度时程；

其中，在步骤(1)中，给定地震动主频率变化F_p(t)，用下式的模型描述频率成分随时间t的分布：

结合地震动强度包线E(t)，可得时频谱等效平均强度包线

式中ω为自振圆频率；C_k＝max[E²(t)L(t,ω_k)]；S(ω)为目标地震动的近似功率谱，由目标加速度反应谱计算得到：

式中：ξ为结构阻尼比，T为结构自振周期，P为超越概率；

由此可得地震动的时频联合分布为：

地震动的演变功率谱时频包线函数为：

在步骤(3)中，具体步骤包括：

将目标加速度反应谱离散为圆频率为ω₁,ω₂,…,ω_M的M个单自由度体系；

对全部M个控制点进行第i轮调整：

第i轮反应谱调整中，若对第k个圆频率ω_k调整前的加速度时程为则调整后的加速度时程为：

式中，为第i轮调整中对ω_k进行调整的增量时程，采用下式计算：

上式中，t_m为单自由度体系最大反应发生的时刻；B(t,ω_k)为演变功率谱时频包线函数；h(t_m-t)为单位脉冲响应函数，表示为：

其中：为调整时程的初始相位，保证叠加的单位脉冲函数在t_m处取得峰值；

第i轮调整中，若此次调整前地震动的反应谱在ω_k与目标反应谱的差值为则公式(8)中的增量时程振幅调整系数R由下式计算

其中：

将第i轮调整后的时程峰值调整为目标加速度峰值，并进行基线校正，然后作为第i+1轮调整的初始地震动进行第i+1轮调整，直至地震反应谱和峰值加速度都满足目标限值；

在步骤(4)中，采用下式计算满足反应谱和峰值加速度限值要求的地震动小波谱CWT与初始地震动小波谱CWT⁰(t,ω)之间的二维相关系数

式中，ρ_AB为两组矩阵A,B的二维相关系数，A_ij,B_i,j分别为A,B的第i行第j列元素；E[A],E[B]分别为A,B元素的均值。

2.根据权利要求1所述的频率非平稳地震动拟合方法，其特征在于：在步骤(1)中，目标地震动拟合参数包括地震动主频率变化、地震动强度包线、目标加速度反应谱和峰值加速度，上述目标地震动拟合参数根据场地条件、地震地质条件分析得到。

3.一种工程结构抗震设计的方法，其特征在于：该方法的地震动输入为根据权利要求1或2所述的匹配多目标的频率非平稳地震动拟合方法获得的地震加速度时程。