基于时域脉冲函数的地震动时程人工合成

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在结构抗震分析中采用的地震动时程主要来源于天然地震动记录、纯人工地震动时程和通过调整天然地震动记录拟合目标反应谱得到的半人工地震动时程。当对高层结构物、大跨度桥梁、大型储液罐等重要工程进行结构抗震分析时,需要根据特定的场地条件和地震震级、震中距等来选择合适的输入地震动时程,且通常要求输入地震动的反应谱与设计反应谱兼容,但目前的天然地震动记录很难满足这些要求。尤其是对于核电厂这类结构和各个重要部件有着不同的阻尼比值的建筑物,输入地震动时程还需要满足其反应谱能够拟合或包络多阻尼目标反应谱,这就决定了采用人工合成地震动时程作为核电厂结构抗震分析的输入地震动时程会更加现实和便利。本文的研究旨在为我国将来进行核电厂及其他重要建筑物抗震设计时,提供一种能拟合多阻尼目标反应谱的人工地震动时程合成方法。本文基于时域脉冲函数调整地震动时程理论,采用谐波函数修正天然地震动时程使其反应谱拟合多阻尼目标反应谱,并对原有的叠加方法进行改进,以加快拟合计算的收敛速度。数值算例表明,改进方法不仅有较高的拟合精度,也能够在一定程度上保留初始地震动时程的基本特性。首先,阐述了基于时域脉冲函数在时域上拟合目标反应谱的理论和方法,详细介绍了增量谐波函数的构造和利用谐波函数拟合目标反应谱的步骤。随后阐述了使用常规方法拟合核电厂多阻尼目标反应谱会出现难以收敛的情况,通过理论推导给出一种考虑增量谐波时程反应对地震动时程反应贡献正负的叠加方法,改进方法消除了不收敛的“顽固点”提高拟合精度。在拟合多阻尼目标反应谱时,按控制点之间的拟合相对误差的大小顺序调整地震动时程。数值算例表明,相较于按固定阻尼值的大小顺序拟合目标反应谱,按控制点之间的相对误差值来拟合目标反应谱可以提高拟合收敛速度。以调整EI-Centro波拟合核电厂多阻尼目标反应为例,阐述拟合核电厂多阻尼目标反应谱的具体步骤和改进后拟合方法的有效性。最后,选取多组不同的“种子”时程,对它们进行拟合调整,并分析经调整得到的设计地震动时程的特性,虽然多组设计地震动时程均能以一定精度拟合同一多阻尼目标反应谱,但它们的傅里叶谱并不一致。将得到的多组设计地震动时程输入桥梁结构中,分析不同设计地震动时程对结构响应的影响。设计地震动时程中含有与结构自振频率相同的频率分量越多则结构的响应越大。
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