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时—频非平稳人造地震动的小波合成及其应用

张镭于  
【摘要】: 地震是一种危害性极大的突发性自然灾害,与此相关的抗震工程研究一直是土木工程领域的研究热点。时程计算分析是重要结构物抗震设计的一个主要方法,输入地震动是地震时程计算分析的首要问题。由于现有强震记录的局限性和地震动作用过程的复杂性,满足实际要求的地震动记录是几乎是无法得到的,因而人造地震动成为地震响应分析中输入地震波的一个主要来源,并且随着计算机模拟技术的发展将在抗震设计中起着越来越重要的作用。但是,在已有合成人造地震动的方法中,无论是基于随机过程理论还是基于反应谱逼近理论,更多关注的是地震动强度的非平稳、相位变化、卓越频率以及最大振幅等问题,而对地震动的时频(频率随时间变化)特性关注较少,造成人造地震动时程与实际地震记录的不一致性。 为了实现合成地震动频率的非平稳性,本文尝试将小波包分析技术应用到人工地震动合成技术中,利用小波基函数所具有的良好时频局部化性质,提出了一种可行的人造地震动合成方法:通过小波包分解技术,将初始地震动时程进行逐级分解,根据工程设计需要,调整不同频带的频率成分含量,然后应用小波包重构技术,将调整后的不同频带成份进行组合重构,得到时-频非平稳的地震动时程,由于这一过程可以分时段进行,因此能够实现随机地震动频率非稳定性,弥补了常规傅里叶变换的局限性。最后,通过将小波方法调整后的地震动的反应谱逼近场地目标谱,得到满足场地需要的人造地震动时程。 为了验证该方法的可行性,根据反应谱理论,结合小湾水电站坝址的地震地质条件,计算了场地目标反应谱。以天津波为初始地震动,应用上述方法进行频率调整,并将调整后的地震动时程逼近小湾地区的场地反应谱,得到了满足工程需要的人造地震动时程。


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