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

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

2、析，通過提出遞歸算法和終止標(biāo)準(zhǔn)將錐模型阻抗函數(shù)的研究擴展至層狀半空間中埋置基礎(chǔ)情形，建立了土—結(jié)構(gòu)動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，對土—結(jié)構(gòu)相互作用體系進行了非平穩(wěn)地震反應(yīng)分析。具體內(nèi)容包括： ⑴針對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，本文提出了一個簡單的方法來移除長周期噪聲進行基線調(diào)整。文中首先在時域內(nèi)對加速度進行最小二

3、乘法擬合處理，接著通過EMD提取趨勢項來進一步去除積分位移中的長周期影響。通過數(shù)值模擬信號和實測記錄的對比驗證了本文方法的可靠性。 ⑵采用能反映時頻非平穩(wěn)特性的時變譜密度（局部譜密度）來描述地震地面運動，本文提出了一種利用HHT估計地震地面運動局部譜密度的方法。從理論上比較了HHT、STFT和多重過濾法等局部譜密度的估計方法，然后通過具體算例，對理論分析進行了驗證。進而利用正交化的HHT法進行局部譜密度估計，這樣既避免了能量泄漏

4、問題，又在精度和速度方面都有很好的優(yōu)勢，可以作為一種高效的局部譜密度估計方法。 ⑶用正交HHT局部譜密度對地震波的能量進行研究，總結(jié)了地震波樣本能量的分布和變化情況；同時，利用時頻功率譜作為目標(biāo)譜并通過三角級數(shù)法模擬了非平穩(wěn)地震地面運動。 ⑷本文通過對非平穩(wěn)過程演變譜的研究，提出雙調(diào)制函數(shù)，建立了雙調(diào)制非平穩(wěn)地震地面運動模型。結(jié)合雙調(diào)制函數(shù)和三角級數(shù)法生成人工地震波，通過對人工波頻率和強度的非平穩(wěn)性研究，驗證了雙調(diào)制模型

5、的有效性。同時，文中給出了雙調(diào)制非平穩(wěn)地震激勵的結(jié)構(gòu)響應(yīng)虛擬激勵算法，分析了結(jié)構(gòu)響應(yīng)的時變功率譜和時變方差。 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和埋置圓盤動剛度的程序算法。在此基礎(chǔ)上，對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)進行了計算分析。 ⑹利用本文的