[发明专利]一种考虑真实波相位特征的人工波生成方法

说明书

本发明属于核电设备工程抗震安全分析与评价技术领域，提供了一种考虑真实波相位特征的人工波生成方法，发展了一种新的窄带时程构造方法，其在时域和频域内均具有窄带特性，且避免了由于傅里叶变换导致的振铃效应，这种新的窄带时程被称为标准输入时程。在频域调整的基础上，首先使用此标准输入时程扣除顽固点；然后采用跳点式时域精细化再调整的策略循环迭代调整，以减轻叠加校正时程对相邻频率控制点处反应谱值的影响；最后，比例缩放人工地震波，使其满足相关核电规范要求。本发明生成的考虑真实波相位特征的人工地震波在满足设计谱安全性、保守性要求的同时，与传统人工波拟合过程获得的人工波相比，其与真实波具有相似的相位特征和高相关性。

技术领域

本发明属于核电设备工程抗震安全分析与评价技术领域，涉及一种考虑真实波相位特征的人工波生成方法，具体是指以目标反应谱为依据，采用真实波相位特征和强度包络线，通过频域与时域调整生成具有真实波相位特征的拟合目标反应谱的人工地震动。

背景技术

随着核电设施、超高层建筑、海洋平台、大跨桥梁等重要结构工程的大量建设,人们逐渐认识到对这些重大结构若仅按地震反应谱法进行设计是不够的,需要对上述重要结构进行地震反应的时程分析,以便进行校核。在地震反应的时程分析中应首先确定作为外荷载的地震加速度时程。虽然过去几十年中实际地震动记录的数量已大大增加，但由于地震记录处的场地条件与我们研究的场地条件可能有很大差异，而且有时我们需要一组满足相同统计特征的地震动，使得已有的实际地震动还远远不能满足实际需要，因而模拟具有某些特性参数的地面运动一直是地震工程中的一个重要研究领域。

加速度时程傅里叶相位谱对时程的强度非平稳性和频率非平稳性具有不可忽略的影响，在生成用于重大工程地震反应分析的人工地震动时程时，考虑真实地震波的相位特征，有助于使人工地震动时程符合真实地震动强度和频率非平稳性特征。

目前，在生成拟合目标反应谱加速度时程时，首先将加速度目标反应谱换算成功率谱；然后计算得到傅里叶幅值谱，并根据随机相位角均匀分布假定，生成各傅里叶谱线对应的随机相位角；最后，由三角级数叠加的形式形成初始人工地震波时程。

然而，上述人工波拟合过程只是从目标反应谱的近似关系出发得到功率谱即平均傅立叶谱，同时采用随机相位角，均没有体现目标波的相位特征；迭代过程中的强度包络线一般也为统计结果，认为其与震级大小、震中距的远近等因素有关，不针对某一目标波。

发明内容

本发明基于真实波相位特征，采用频域和时域联合调整的方法。该方法使用真实波傅里叶相位角作为初始波相位角，并将真实波强度包络线作为拟合过程中调整人工波波形的包络线，采用频域粗略调整、时域扣除顽固点、跳点式时域精细化再调整的系统性策略，可生成高精度拟合目标反应谱，并与真实波具有高相关性的人工地震动加速度时程。

本发明包括如下步骤：

第一步，从加速度目标反应谱换算功率谱

加速度反应谱与功率谱之间存在下列近似关系：

式中，G(ω)是功率谱，是目标加速度反应谱，T_d为地震动持时，r为超越概率，一般取(5％-10％)，ζ为阻尼比。

第二步，生成初始人工地震波

幅值谱与目标功率谱存在如下关系：

其中，F(ω_k)＝F^*(ω_N-k)，k＝(N/2)+1,...,N-1，ω≥0Δω＝2π/T_t。

此时，由于|F(ω_k)|为双边傅立叶幅值谱，故除谱线折返点外，|F(ω_k)|为单边傅立叶幅值谱的一半。