结构地震记录是蕴藏着丰富地震动与结构反应信息的一类信号,是地震工程和工程抗震设计研究中的基础资料。为了获取地震记录中的重要信息和信息的特征,传统上一直沿用傅立叶变换方法。近20年来随着信息技术的发展,各种信号处理技术应运而生,并得到了蓬勃发展。这些技术主要有:小波变换(WAVELETTRANSFORM)、希尔伯特—黄变换(HILBERT-HUANG TRANSFORM,简称HHT)等等。本文拟对后两种新型信号处理方法作一研究,搞清其特点,结合傅立叶变换探求其在地震记录处理和分析中应用的前景,以及对地震作用研究可能产生的影响。同时论述了抗震反应谱方法的不足之处,并指出结构对地震记录的频率具有选择性,结构的响应与瞬时能量谱之间具有密切的对应关系。 本文主要工作简述如下: 1.系统阐述了小波变换的理论,指出小波变换的基本特性及其在工程上的应用。同时,对希尔伯特—黄变换理论的物理意义和几个关键问题作了进一步研究。 2.通过地震记录分析阐明各种变换的应用及相互之间的联系。从应用的角度列表给出三种变换各自适用的范围。对三种变换作两两比较之后,分析了三种变换在表现内容上的差别,这包括地震动特性的提取、地震动信号的滤波、地震响应计算中的分频、层间剪力的求解、动力方程解法等内容,对比分析抗震工程中三者应用的前景。 3.讨论了多自由度体系动力分析与计算,通过对10层二跨层间剪切模型的EMD分频、小波分解及时程分析法的比较,得到结构动力响应的位移、速度、加速度和能量分配关系等。对工程抗震设计有实用指导意义。 4.对抗震设计反应谱作了系统的分析,同时对抗震反应谱的不足之处作了论述并提出解决方法。 5.指出了结构对地震动的频率具有选择性,结构的响应与瞬时能量谱之间具有密切的对应关系。此外,分析了反应谱与HHT谱和傅立叶谱之间的关系,认为反应谱与傅立叶谱内在关系紧密,而HHT所得出的结论与反应谱的结论是一致的,并且相互可以验证。 本文所述方法均是在Microsoft Windows xp平台下用Matlab6.5编程实现。