[发明专利]一种匹配多目标的频率非平稳地震动拟合方法

说明书

本申请涉及一种匹配多目标的频率非平稳地震动拟合方法，包括步骤：根据目标地震动拟合参数计算演变功率谱时频包线函数；选定初始相位参数，合成初始地震动并计算小波时频谱；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；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；若不满足限值，则重新生成新的初始相位参数，并重复上述步骤。该方法模拟的地震动不仅能够同时匹配多个目标参数的要求，而且还能够表征特定的目标强度和频率非平稳特性。

技术领域

本申请涉及一种匹配多目标的频率非平稳地震动拟合方法，适用于结构抗震设计的技术领域。

背景技术

地震动是由震源释放出来的地震波引起的地面运动。它是由不同频率、不同幅值在一个有限时间范围内的集合。所以通常以幅值、频率特性和持续时间三个参数来表达地震的特点。地震动强度与频率非平稳特性是指由于地震震源机制、传播过程、场地条件的复杂作用，地震动体现出的幅值和频谱随时间变化的特征。

地震动参数是工程抗震设计的依据，不同工程对工程场地地震安全性评价的深度以及提供的参数的要求不同，这取决于工程的类型、工程的安全性、危险性以及社会影响等因素。比如对一般工业民用建筑，抗震设计规范都以基本烈度为基础来确定设防烈度，以烈度值换算成地震动峰值加速度进行抗震设计，但对一些重要工程和特殊工程如超高层建筑，大桥、大坝、核电厂等只提供峰值加速度还不能满足抗震设计要求，还必须提供地震过程的频率特性和强震动的持时等地动参数。地震动的重要工程特性至少应包括地动峰值(加速度或速度峰值)，反应谱及强震持时这三项参数。地震动参数区划图展示了地区之间潜在地震危险程度的差异，设计人员可以根据地震动参数区划图上所标示的各个地区的抗震设防要求进行建设工程抗震设计。

如图1所示，其中显示了某地实际发生过的地震加速度记录，其振幅随时间呈现先增强，然后进入平稳阶段，最后逐渐衰减的过程；频率成分随时间呈现逐渐以低频为主的趋势。从结构响应的角度看，目前广泛应用于工程实践的地震动强度包线可以近似表示能量在时间上的不均匀分布，隐含着对累积能量和持续时间的规定，将其用于结构的弹性分析一般能得到满意的结果。但已有研究表明，复杂结构的弹塑性响应对地面运动的细节特别敏感。例如，如果结构逐渐降低的频率与地震动频率含量的非平稳趋势接近时，结构响应可能因为“瞬时共振”现象的发生而被显著放大。地震动频率非平稳特性对有刚度和强度退化的结构有很大影响，并且对结构非线性响应的影响大于结构线性响应，特别是结构进入倒塌阶段。于是，基于工程实践的需要，就需要发展能够近似定量表达地震动频率非平稳特性的地震动模拟方法，获得适合于重要工程结构抗震计算的合理的地震动输入，或者获得在满足现行规范条件下对结构响应可能产生不利影响的地震动。

但在实际工程应用中，建筑工程所在的场地条件千变万化，震源特征、地震机制、传播路径等也是因地、因时而异，从有限的实际地震记录中找到满足不同目标的强震记录十分困难。因此，为了满足重要工程抗震设计工程需求，需要发展能够同时匹配多个目标的人工地震动模拟方法。

发明内容

本申请的目的是设计一种能够表征特定目标强度与频率非平稳特性的地震加速度时程拟合方法。该方法生成的地震加速度时程，不仅能够实现对加速度反应谱、峰值加速度、峰值速度、峰值位移等多个目标参数的拟合，还能实现对地震动强度与频率非平稳特性的定量控制。本方法模拟得到的地震动可满足不同特性重要结构抗震设计的地震动输入需求。

本申请一方面涉及一种匹配多目标的频率非平稳地震动拟合方法，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；

(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；