对人造地震动反应谱求解及拟合的几个相关问题探讨
刘帅;潘超;周志光
【摘 要】为更高效合理地生成与设计反应谱相符的人造地震动信号,本文基于自主开发的地震动信号处理软件EQSignal对人造地震动生成过程中涉及的几个问题进行了探讨,并通过对单自由度简谐共振体系的响应分析,提出了具体的解决建议:①反应谱求解时应该对高频段和低频段分别采用频域传递函数法和逐步积分法求解;②反应谱周期控制点的分布模式也应分段处理,短周期段宜采用对数平均分布,长周期段宜采用线性平均分布,反应谱总周期控制点不宜少于120个;③人造地震动反应谱与设计反应谱拟合的过程中,使用频域方法与时域方法相结合可兼顾效率与收敛性.
【期刊名称】《地震学报》
【年(卷),期】2018(040)004
【总页数】12页(P519-530)
【关键词】人造地震动;反应谱;高频响应;谱拟合;地震信号处理
【作 者】刘帅;潘超;周志光
【作者单位】中国杭州310018 浙江理工大学建筑工程学院;中国山东烟台264005 烟台大学土木工程学院;中国上海200092 同济大学结构工程与防灾研究所
【正文语种】中 文
【中图分类】P315.3;TU352.1
引言
工程结构抗震设计和性能分析过程中经常需要进行结构动力时程分析（Clough et
al，1990；胡聿贤，2006；Chopra，2007），地震动输入的选用和确定是结构动力时程分析能否得出合理结果的前提和关键因素之一。天然地震动资料的缺乏，尤其是工程场地所在地的天然地震动记录几乎不可能获得，致使完全采用天然地震动输入不太现实，也不尽合理（胡聿贤，何训，1986），因此需要生成一些与设计反应谱相符的人造地震动（Tsai，1972；Rizzo et al，1975；郭子雄，王妙芳，2006）来作为动力时程分析的输入。人造地震动的生成过程主要涉及地震波反应谱的求解和拟合两个关键因素（胡聿贤，2006；大崎順彦，1980），不足之处就是对于本文分析的几个问题均没有给出定量的参数取值要求和具体的算法选用策略。鉴于此，本文拟针对两个关键因素衍生出的反应谱高频段响应的求解、反应谱周期点的分布模式和常用的两种反应谱拟合方法的比较与选用等问题进行探讨，并给出相关的建议。本研究所涉及的计算分析均借助于自主开发的地震动信号处理软件EQSignal （Pan，Zhang，2016；Pan et al，2017），并且提出的相关建议均已在该软件中实现，以便于合理、高效、快速地生成与设计反应谱相符的人造地震动。
第２３卷 第４期 苏州科技学院学报（工程技术版） Ｖｏ１．２３ Ｎｏ．４
２０１０年１２月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｕｚｈｏｕ Ｕｎｉｘ ｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）Ｄｅｅ．２０１０
小波变换在人造地震动拟合中的应用
韦 俊 ， 孟 浩。， 马飞燕。
（１．苏州科技学院机电工程系，江苏苏州２１５０１１；２．苏州建设职业培训中心，江苏苏州２１５００８；３．苏州中正建设集团有限公 司，江苏苏州２１５０００）
摘 要：首先采用小波变换将已有的地震动记录信号以小波技术的方式精确表示，再用Ｍａｌｌａｔ算法对其进行正交和 分解，从而将地震加速度过程的频率区间划分成紧相邻的不同频带；然后通过变化振幅进行调整各频带的频率组
成，使调整过的地震动的反应谱能很好地与场地设计反应谱拟合。这符合时程分析法选择地震动的要求，即所选的 地震动要拟合设计反应谱。最后采用一数值模拟案例对该方法进行验证。结果表明，基于小波变换的地震动调整方
法是行之有效的，可以为工程和研究提供理论参考。 关键词：小波变换；地震动调整；Ｍａｌｌａｔ算法；人造地震波 中图分类号：ＴＵ３４５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２－０６７９（２０１０）０４—００４０－０５
如何根据对已有的地震记录进行调整进而得到拟和规范反应谱的人造地震波的方法正逐渐成为国内外
学术界和工程界的研究热点。基于小波变换的地震动调整方法是近年来才发展起来的一种行之有效的方法。 我国现行抗震规范的规定及有关要求【１－２］，采用时程分析法时，应按设计地震分组和建筑场地类别选用一组
人工模拟的加速度时程曲线和不少于二组的实际强震记录，其平均地震影响系数曲线应与振型分解反应谱 法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符。同时又规定了“弹性时程分析时，每条时程曲线计算所得
结构底部剪力不应小于振型分解反应谱法计算结果的６５％，多条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值
基本地震动峰值加速度
地震是一种极具破坏性的自然灾害，而地震动峰值加速度是我们评估地震灾害程度的重要指标之一。以下是有关地震动峰值加速度的基本知识和相关内容。
一、什么是地震动峰值加速度？
地震动峰值加速度是指地震产生的最大加速度值，它是地震波在地面上传播时所产生的震动加速度的峰值。地震动峰值加速度通常用 g 表示，其中 g 代表重力加速度，也就是地球上物体自由下落的加速度，其数值为 9.8m/s2。
二、地震动峰值加速度的计算方法
地震动峰值加速度的计算方法较为复杂，通常需要通过专业软件进行计算。计算地震动峰值加速度需要考虑许多因素，如地震波的震级、震源距离、地质条件等，因此具有一定的不确定性。
三、地震动峰值加速度对建筑物的影响
地震动峰值加速度是评估建筑物地震抗震能力的一个重要指标。建筑物在地震动作用下会受到地震动加速度的影响，如果地震动峰值加速度过大，建筑物可能会发生倒塌等严重事故。因此，在建筑物设计和抗震评估中，需要充分考虑地震动峰值加速度的影响。
四、地震动峰值加速度的安全标准
我国《建筑抗震设计规范》规定了地震动峰值加速度的安全标准，其中对于不同建筑物使用情况、地区和地质条件下的地震动峰值加速度有不同的要求。在建筑物设计和抗震评估中，需要严格遵守相关标准要求。
五、如何降低地震动峰值加速度的影响
为了降低地震动峰值加速度对建筑物的影响，可以采取一些措施，如增加建筑物自重、采用减震措施、改善地基土壤条件等。在建筑物抗震设计和安全评估中，需要充分考虑地震动峰值加速度的影响，采取相应的措施以确保建筑物的安全。
综上所述，地震动峰值加速度是一个重要的地震灾害指标，对于建筑物的安全性具有重要的影响。在建筑物设计和抗震评估中，需要充分考虑地震动峰值加速度的影响，并采取相应的措施以确保建筑物的安全性。
地震模拟及其在工程设计中的应用
一、 模拟地震的必要性
地震是一种极其破坏性的自然灾害，给人类社会造成了巨大的损失。研究地震的机理和规律，模拟地震的效果，对于人类防灾减灾工作具有至关重要的意义。为了保障工程的安全性，地震模拟被应用于工程设计中，成为建筑结构可靠性评估和抗震设计的基础。
二、 地震模拟方法
地震模拟方法主要包括物理模拟、数值模拟和试验模拟。
1. 物理模拟
物理模拟是指通过运用力学原理和数学模型，利用合成或等效加速度振动台和真实土体的力学特性，模拟出地震荷载下结构的动力响应。加速度振动台模拟具有可控性高、模型准确性好、实验结果直观等优点，但其缺点在于试验制备时间长、费用高、建议进行规范化试验或重复个案等。
2. 数值模拟
数值模拟主要使用计算机程序模拟地震荷载，模拟结构的动力响应，并对结构的响应速度、加速度和位移等参数进行分析。常见的数值模拟方法包括有限元方法、有限差分法和模型传递函数法等。数值模拟具有对模拟被试的材料、状态、力学性能等特征进行调整和实验的重复性好的特点，但其缺点在于需要精细的模型和实验条件，计算成本高等。
3. 试验模拟
试验模拟是指通过室内或户外试验的方法，模拟地震的响应。常见的试验模拟方法包括原型试验、模型试验和振动试验等。试验模拟具有对被试体在真实环境下受到的地震荷载进行直观测量和下沉的特点，但其缺点在于模拟成本高，试验难以复现和纠错等。
三、 工程设计中的地震模拟应用
地震模拟在工程设计中主要应用于结构抗震设计、工程测量和施工
1. 结构抗震设计
结构抗震设计是指在地震荷载下，为了保障人员安全和工程质量，设计和施工结构能够承受强烈地震荷载的要求。地震模拟在结构抗震设计中通常被用来进行强度研究、参数分析和模拟验证等。地震模拟研究包括地震波传递特性、地震变形、结构受力和破坏等方面，为工程师和设计团队提供了基于真实地震波动力学分析的参考。
2. 工程测量 地震模拟在工程测量中主要用于测量结构的位移、加速度、速度等物理量，以及结构材料的性能和变形情况。基于地震模拟方法，可以对工程结构进行全面的测量、采集和分析，为深入了解结构性能提供了有效的途径，并为探讨其功能机理提供实验数据支持。
