与结构动力特性相容的包络性人工地震动生成理论研究

Due to overdependence on the estimation of local site conditions, in the recent decades of research and development, the generation of artificial ground motion is always faced with two major problems: first, it is completely disjointed with the dynamic characteristics of the target structure on the site; second, the time history of artificial ground motion generated by site condition estimation is arbitrary, which is far from the natural random ground motion that actually occurs in the future. In order to solve the above problems and transform the concept of artificial ground vibration at the core of the field, the project is centered on the target structure. In order to establish an enveloping artificial ground motion model which is compatible with the dynamic characteristics of the target structure, this project has carried out a series of research on key issues, for example, the energy distribution density of the predominant frequency component of the front N order in the target power spectrum model, the design of the target packet line function of the structural dynamic response, the target response inversion of input time history of ground motion, etc. Although the exact form of natural earthquake may not be accurately estimated on the site, the artificial seismic time history generated by this method is enveloped, and it can ensure the safety of the structure in the probability range of active, reasonable and controllable. Thus, it provides a more safe and effective model of artificial ground motion for the future research on earthquake resistance.

由于过度依赖于对局部场地条件的估计，在近几十年的研究及发展中，人工地震动生成始终面临着两大问题：第一，与场地上目标结构物的动力特性完全脱节；第二，基于场地条件估计而生成的人工地震动时程具有任意性，与将来实际发生的天然随机地震动往往相去甚远。为了解决上述问题，转变单纯以场地为核心的人工地震动生成理念，本项目以目标结构物为核心，以期建立一种与目标结构物动力特性相容的包络性人工地震动生成模型，该模型针对目标功率谱模型中前N阶优势时频分量的能量分布密度、结构动力响应目标包线函数的设计、目标响应与地震动输入时程的反演等一系列关键问题开展相关研究。尽管仍然不能准确估计场地上可能发生的天然地震动的精确形式，但该方法生成的人工地震动时程具有包络性，能在主动、合理、可控的概率范围内保证结构的安全，从而为今后的抗震研究提供一种更为安全、有效的新型人工地震动生成模式。

随着计算机技术的快速发展，各种方程解耦和迭代算法的日趋完善，上部结构的地震动响应分析得到了蓬勃发展，地震动响应分析模型从最初的单点输入模型（将整个地基及基础考虑为刚体），发展到今天的可以计算辐射阻尼，并充分考虑基础-地基-结构三者相互作用的地震动模型，实现了质的飞跃；然而，令人遗憾的是，在地震动输入形式走向多样化，上部结构分析模型变得逐渐精细化、复杂化、准确化的同时，人工地震动生成却未取得太大进展。.至今为止，传统方法生成的人工地震动与将来实际可能发生的天然地震动之间还存在着巨大的偏差。这种难以克服的偏差，使得我们不得不探索一种新的人工地震动生成研究方法。.为了解决以上问题，本研究从传统的单纯以场地为核心的人工地震动生成研思路，转变为一种以结构物为核心，以结构在地震中免遭或少遭破坏为目标的研究思路。这种新的研究方法把结构自身的动力特性考虑进来，充分结合了震源、场地、结构物三者之间的动力特性，详细研究了震源、场地、结构物三者之间各种不利情况的组合，这种最不利情况的组合分析使得我们不用过多地担心，该场地上未来究竟会发生什么样的地震，产生什么样的波型，以及该波型与当初抗震设计时输入的波型是否一致等多方面无法预测的因素,因为无论实际地震动的形式如何，只要其落在我们所计算的震级及能量范围之内，其真正具有破坏性的因素及各种不利情况组合，都在我们生成包络性波型时所考虑的范围之内。因此，与传统的、单纯以场地为核心的人工地震动生成相比，本研究方法更有针对性、高效性和安全性。

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