向量地震动的模型化研究

发布时间：2020-05-30 17:07

【摘要】：地震动是一种复杂的多维空间运动,其对空间结构的作用和影响也是多维的。但在传统的研究中,人们通常将地震动分解到三条坐标轴,作为三个相互独立的标量来研究其特性。该做法虽具有简便性,但忽略了三个分量特性在时间、空间上的相互关联、无法揭示多维运动所蕴含的丰富信息,不能全面反映地震作用的本质,将地震动作为向量研究更符合实际情况,能提高分析的精确性及设计的安全度。此外,在地震动特性研究中,一般对幅值、持时和频谱三要素特性关注较多,对地震动时域和频域的非平稳特性重视不够。现有研究已经表明地震动的非平稳特性也是地震动的重要特性,对结构地震反应有着显著影响。基于解析信号的时频分析技术是研究地震动非平稳特性极为有效的手段。对于实信号,一般借助希尔伯特变换生成该信号对应的正交(90~0相移)信号,进而构造解析信号。但实际应用中希尔伯特变换准确性受Bedrosian定理和Nuttall定理限定,如何构造准确合理的解析信号仍是目前的一个研究难点。鉴于此,论文以三维地震动向量为研究对象,分析其工程特性及相应特性的模型化方法,探讨模型参数的衰减规律。同时,在研究地震动的非平稳特性时直接根据正交的地震动分量构造解析信号,以使分析过程物理意义明确,结果准确可靠。主要的工作和成果可归纳为以下三个方面:(1)以经过筛选的5432组强震记录构造的三维向量地震动为基础,分析了其幅值、频谱、持时特性及衰减规律。幅值方面,分析了向量、分量、主轴旋转后地震动的PGA及转换关系;频谱方面,提出了向量反应谱的概念,分析了其与基于GMRotI100的反应谱之间的关系,给出了水平向量反应谱与几何平均谱的比谱的衰减关系;持时方面,对比分析了能量持时(T_(90)和T_(70))与能量时间矩的衰减关系。(2)采用三种强度包线模型研究三维向量地震动的强度非平稳特性,分析强度包线参数的相关性及衰减规律;对向量方法和传统方法的强度包线进行对比,表明向量方法是可行的,且物理意义更明确;对三维与二维向量的强度包线基于能量调幅后进行对比分析,并基于之前所得比谱,进行人工合成二维向量地震动的仿真。(3)研究向量地震动在水平和竖向的频率非平稳特性,直接采用实际地震动正交分量构造解析信号,采用指数衰减模型模拟瞬时频率,分析了其参数的相关性及衰减规律;对地震动水平和竖向的瞬时频率进行对比;对向量地震动的解析信号在时频分析中的初步应用进行介绍。论文的创新点包括:(1)以三维地震动向量而非三个独立分量为研究对象,能全面反映地震动在空间各向的相互关联,有助于整体把握地震动的特性。(2)提出直接根据正交的地震动分量构造解析信号,使得频率这一物理量有更明确的物理意义,在时频分析中有独特的优势。(3)研究三维地震动向量的工程特性及其模型化方法,给出模型参数的衰减关系以及三维地震动向量模型参数和各分量模型参数之间的转换关系。(4)提出向量地震动反应谱的概念,揭示水平向量反应谱与基于GMRotI100的最大需求谱之间的关系,给出了向量反应谱与几何平均谱的比谱及衰减关系,便于两者之间相互转换。论文为研究地震动的特性提供了一个新视角,有利于把握地震动特性在空间的多维相关性,研究成果为抗震设计分析中如何考虑复杂多维地震动输入提供了依据。
【图文】：

三维向量,衰减规律,向量

持时进行分析，并给出相应的衰减规律。在分析之前，先介绍向量地震动的基本表示方法、地震动记录的收集和筛选、衰减规律的选择作为铺垫。幅值特性部分主要研究了向量峰值加速度和不同峰值加速度的比值的相关性和衰减规律频谱特性部分主要研究了水平向量与几何平均地震动的比谱和衰减规律建议；持时特性部分主要研究了向量的括号持时和能量二阶矩持时，并讨论相关性和衰减规律。2.1 向量地震动及选择2.1.1 向量地震动的表示地震动为三向运动，，其响应可在三维空间用向量进行描述，下面首先就向量地震动及三个地震动分量的转化关系进行简单的解释。以加速度为例，设有一个三维向量地震动加速度记为3( )Va t ，其在水平面的投影记为2(t)Va ，在 X、Y、Z轴的投影分别为 ax(t)、ay(t)、3( )Va t ，如图 2.1 所示。ZY
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU311.3

【参考文献】