非平穩(wěn)地震動(dòng)模型與土-結(jié)構(gòu)相互作用體系的動(dòng)力響應(yīng)研究.pdf

1、實(shí)際的地震地面運(yùn)動(dòng)具有強(qiáng)度和頻率含量的非平穩(wěn)性。由于缺乏對(duì)頻率含量非平穩(wěn)性的合理定量描述，以及數(shù)學(xué)處理上的困難，地震動(dòng)的模型化研究一直仍側(cè)重于強(qiáng)度或時(shí)域的非平穩(wěn)。近年來(lái)，隨著人們對(duì)于地震動(dòng)研究的深入，頻率非平穩(wěn)性問(wèn)題已成為合成地震動(dòng)時(shí)程研究的一個(gè)熱點(diǎn)課題。本文首先基于HHT和雙調(diào)制模型對(duì)地震動(dòng)加速度的局部譜密度、強(qiáng)度和頻率的非平穩(wěn)性、以及地震記錄的基線飄移進(jìn)行了較系統(tǒng)的探索性研究。然后，對(duì)土—結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用分析中的錐體模型進(jìn)行了深入分

2、析，通過(guò)提出遞歸算法和終止標(biāo)準(zhǔn)將錐模型阻抗函數(shù)的研究擴(kuò)展至層狀半空間中埋置基礎(chǔ)情形，建立了土—結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用體系地震反應(yīng)分析所需的塊式基礎(chǔ)阻抗函數(shù)。在此基礎(chǔ)上，利用本文的雙調(diào)制模型生成非平穩(wěn)地震波作為輸入激勵(lì)，對(duì)土—結(jié)構(gòu)相互作用體系進(jìn)行了非平穩(wěn)地震反應(yīng)分析。具體內(nèi)容包括： ⑴針對(duì)地震加速度記錄做數(shù)值積分獲得的地震位移曲線存在基線飄移的情況，本文提出了一個(gè)簡(jiǎn)單的方法來(lái)移除長(zhǎng)周期噪聲進(jìn)行基線調(diào)整。文中首先在時(shí)域內(nèi)對(duì)加速度進(jìn)行最小二

3、乘法擬合處理，接著通過(guò)EMD提取趨勢(shì)項(xiàng)來(lái)進(jìn)一步去除積分位移中的長(zhǎng)周期影響。通過(guò)數(shù)值模擬信號(hào)和實(shí)測(cè)記錄的對(duì)比驗(yàn)證了本文方法的可靠性。 ⑵采用能反映時(shí)頻非平穩(wěn)特性的時(shí)變譜密度（局部譜密度）來(lái)描述地震地面運(yùn)動(dòng)，本文提出了一種利用HHT估計(jì)地震地面運(yùn)動(dòng)局部譜密度的方法。從理論上比較了HHT、STFT和多重過(guò)濾法等局部譜密度的估計(jì)方法，然后通過(guò)具體算例，對(duì)理論分析進(jìn)行了驗(yàn)證。進(jìn)而利用正交化的HHT法進(jìn)行局部譜密度估計(jì)，這樣既避免了能量泄漏

4、問(wèn)題，又在精度和速度方面都有很好的優(yōu)勢(shì)，可以作為一種高效的局部譜密度估計(jì)方法。 ⑶用正交HHT局部譜密度對(duì)地震波的能量進(jìn)行研究，總結(jié)了地震波樣本能量的分布和變化情況；同時(shí)，利用時(shí)頻功率譜作為目標(biāo)譜并通過(guò)三角級(jí)數(shù)法模擬了非平穩(wěn)地震地面運(yùn)動(dòng)。 ⑷本文通過(guò)對(duì)非平穩(wěn)過(guò)程演變譜的研究，提出雙調(diào)制函數(shù)，建立了雙調(diào)制非平穩(wěn)地震地面運(yùn)動(dòng)模型。結(jié)合雙調(diào)制函數(shù)和三角級(jí)數(shù)法生成人工地震波，通過(guò)對(duì)人工波頻率和強(qiáng)度的非平穩(wěn)性研究，驗(yàn)證了雙調(diào)制模型

5、的有效性。同時(shí)，文中給出了雙調(diào)制非平穩(wěn)地震激勵(lì)的結(jié)構(gòu)響應(yīng)虛擬激勵(lì)算法，分析了結(jié)構(gòu)響應(yīng)的時(shí)變功率譜和時(shí)變方差。 ⑸在歸納與總結(jié)錐體模型基本理論的基礎(chǔ)之上，通過(guò)提出遞歸算法和終止標(biāo)準(zhǔn)將錐模型阻抗函數(shù)的研究擴(kuò)展至層狀半空間中埋置基礎(chǔ)情形。推導(dǎo)了埋置基礎(chǔ)的動(dòng)力剛度和基礎(chǔ)有效地震輸入表達(dá)式，建立了層狀半空間明置圓盤(pán)和埋置圓盤(pán)動(dòng)剛度的程序算法。在此基礎(chǔ)上，對(duì)層狀半空間地基條件下的明置和埋置基礎(chǔ)的阻抗函數(shù)進(jìn)行了計(jì)算分析。 ⑹利用本文的