空间相关性地震动生成及地下管线非一致性激励研究

发布时间：2017-09-11 10:18

  本文关键词：空间相关性地震动生成及地下管线非一致性激励研究

  更多相关文章： 人工地震动生成 虚实分离法 相位角分布 时频分析 耦合波型相似性 场地放大效应

【摘要】：人工地震动生成,是结构抗震研究的一个重要方面,本文从时域调制法和频域调制法两个方面研究了人工地震动的生成。在时域调制法生成人工地震动时,本文提出了虚实分离法,并采用虚实分离法来分解功率谱矩阵,结果发现,该方法不仅计算速度较快,而且合成的人工地震动时程具有更好的空间相关性。另外,针对时域调制法中幅值收敛性与局部场地收敛性之间的矛盾,本文开展了一系列研究,在改进相位角分布的基础上,构建了幅值收敛模型,从而使生成的人工地震动同时具备了幅值及局部场地的双重收敛性。在频域调制法生成人工地震动时,由于传统的频域调制法无法反映天然地震动中较为重要的行波效应,所以本文构建了行波效应因子：一方面,使生成的人工地震动具有天然地震动中明显的“流动性”,即反映波从一端向另一端传播的特点；另一方面,本文利用行波效应因子对单条地震动相位角信息进行繁衍,进而形成相位角矩阵,解决了人工地震动有条件模拟中直接获取多条空间相关性地震动的困难。由于局部场地条件的差异,以及不同结构物抗震研究对地震动输入的要求不同,以上方法生成的人工地震动时程序列通常不能直接作为地震动输入,只有经过详细的分析、调整以及与设计反应谱的拟合后,才能形成一种理想的输入模式。因此,本文从输入方式的选择、输入波的时频特性分析、输入波频谱成份的调整、耦合相似波的生成,以及输入波与目标反应谱的拟合等五个方面开展研究,形成了一种适合延长型结构抗震研究的理想输入模式。延长型管道结构在地震动输入下的响应,是本文的研究重点。本文首次提出了耦合波型相似性的概念,并将耦合波型相似性与管道结构的非一致性激励结合起来研究。通过理论分析与试验验证等两种手段的对比分析,结果发现,两方面的研究结果一致性较好,并获得了一系列的研究规律。地震作用发生时,由于自由场的放大效应直接影响着管道结构非一致性激励的强度,因此,也是管道结构抗震安全性研究不可或缺的一个部分。本文采用时频分析法,重点研究了地震动输入中各频率成份在不同土层中的放大效应。结果发现：在不同的土层中,地震动时程曲线的时频信息存在较大差异；在同一土层中,各频段的放大效应也不尽相同；这种差异与土层所处的高度、土层物理特性以及研究质点在土层中的不同位置(是否位于临空面上)有关。
【关键词】：人工地震动生成 虚实分离法 相位角分布 时频分析 耦合波型相似性 场地放大效应
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU990.3;TU435
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-11
• 第1章 绪论11-26
• 1.1 研究背景及意义11-13
• 1.2 国内外研究现状13-21
• 1.2.1 人工地震动生成13-15
• 1.2.2 人工地震动输入15-18
• 1.2.3 延长型结构的地震响应18-20
• 1.2.4 自由场在地震动输入下的响应20-21
• 1.3 本文研究工作21-26
• 1.3.1 课题研究目标、研究内容和拟解决的关键问题21-23
• 1.3.2 采取的研究方法及技术路线23-26
• 第2章 人工地震动的生成26-60
• 2.1 时域调制法26-47
• 2.1.1 时域调制法合成原理26
• 2.1.2 时域调制法合成过程26-37
• 2.1.3 时域调制法幅值收敛性研究37-47
• 2.2 频域调制法47-58
• 2.2.1 频域调制法合成原理47-48
• 2.2.2 频域调制法地震动模型48
• 2.2.3 频域调制法合成过程48-53
• 2.2.4 频域调制法合成实例53-58
• 2.3 本章小结58-60
• 第3章 人工地震动输入60-91
• 3.1 输入方式的选择60-61
• 3.2 输入波的时频特性分析61-71
• 3.2.1 传统HHT时频分析法62-65
• 3.2.2 改进HHT时频分析法(HFBG-EMD)65-68
• 3.2.3 HFBG-EMD法与传统方法的对比68-70
• 3.2.4 HFBG-EMD法的时频分析步骤70-71
• 3.3 输入波中频率成份的调整71-78
• 3.3.1 频率成份的调整方法71-76
• 3.3.2 频率成份调整的计算过程76-78
• 3.4 相似性波型的生成及输入78-83
• 3.4.1 相似性波形的生成78-80
• 3.4.2 波型相似性计算80-81
• 3.4.3 相似性波型输入的选取81-83
• 3.5 输入波型的反应谱与设计谱拟合83-89
• 3.5.1 设计反应谱84-85
• 3.5.2 与设计反应谱的迭代拟合85-86
• 3.5.3 与设计反应谱的精确拟合86-88
• 3.5.4 拟合实例88-89
• 3.6 本章小结89-91
• 第4章 非一致激励下管道结构的动力响应特性分析91-118
• 4.1 耦合波型输入下结构的位移及加速度响应91-97
• 4.1.1 结构响应解析解的求解过程92-94
• 4.1.2 用解析解求取管道结构的位移响应94-95
• 4.1.3 用解析解求取管道结构的加速度响应95-97
• 4.2 耦合波型输入下管道结构的应力响应97-102
• 4.2.1 管道结构应力响应的理论计算过程97-99
• 4.2.2 管道结构应变响应的计算结果99-102
• 4.3 结构响应差动式振动台试验验证102-116
• 4.3.1 差动式振动台试验设计102-104
• 4.3.2 试验输入104-105
• 4.3.3 试验结果105-111
• 4.3.4 试验结果分析111-116
• 4.4 本章小结116-118
• 4.4.1 本章主要结论116
• 4.4.2 本章理论解与试验结果的对比分析116-118
• 第5章 多点输入下埋地管线地震响应的数值模拟118-135
• 5.1 计算模型的建立118-119
• 5.1.1 模型选取118-119
• 5.1.2 模型概况119
• 5.2 土体及管体材料的单元设置119-123
• 5.2.1 土单元设置119-121
• 5.2.2 管单元的设置121-123
• 5.3 模型参数设置123-124
• 5.3.1 阻尼比123
• 5.3.2 管土参数123-124
• 5.4 地震动输入124-130
• 5.4.1 地震波的生成124-125
• 5.4.2 输入工况设置125-126
• 5.4.3 输入间距研究126-130
• 5.5 计算结果对比分析130-134
• 5.5.1 应变时程曲线及频谱图的对比130
• 5.5.2 峰值应变分布对比130-133
• 5.5.3 位移响应的对比133-134
• 5.6 小结134-135
• 第6章 地震动输入下自由场的放大特性研究135-158
• 6.1 地震动放大效应理论分析135-138
• 6.2 地震动放大效应分析大型振动台试验138-158
• 6.2.1 试验设计138-140
• 6.2.2 实验输入140
• 6.2.3 实验结果输出及处理140-142
• 6.2.4 实验结果分析142-156
• 6.2.5 本章小结156-158
• 第7章 结论与展望158-159
• 7.1 结论158
• 7.2 展望158-159
• 致谢159-161
• 参考文献161-169
• 功读博士期间发表的论文及科研成果169

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本文编号：830147