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Influence of time‐varying frequency content in earthquake ground motions on seismic response of linear elastic systems 
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下载免费PDF全文 Earthquake ground motion records are nonstationary in both amplitude and frequency content. However, the latter nonstationarity is typically neglected mainly for the sake of mathematical simplicity. To study the stochastic effects of the time‐varying frequency content of earthquake ground motions on the seismic response of structural systems, a pair of closely related stochastic ground motion models is adopted here. The first model (referred to as ground motion model I) corresponds to a fully nonstationary stochastic earthquake ground motion model previously developed by the authors. The second model (referred to as ground motion model II) is nonstationary in amplitude only and is derived from the first model. Ground motion models I and II have the same mean‐square function and global frequency content but different features of time variation in the frequency content, in that no time variation of the frequency content exists in ground motion model II. New explicit closed‐form solutions are derived for the response of linear elastic SDOF and MDOF systems subjected to stochastic ground motion model II. New analytical solutions for the evolutionary cross‐correlation and cross‐PSD functions between the ground motion input and the structural response are also derived for linear systems subjected to ground motion model I. Comparative analytical results are presented to quantify the effects of the time‐varying frequency content of earthquake ground motions on the structural response of linear elastic systems. It is found that the time‐varying frequency content in the seismic input can have significant effects on the stochastic properties of system response. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd. 相似文献
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Nonstationary stochastic response of structural systems equipped with nonlinear viscous dampers under seismic excitation 总被引：1，自引：0，他引：1 下载免费PDF全文
下载免费PDF全文 Nonlinear viscous dampers are supplemental devices widely used for enhancing the performance of structural systems exposed to seismic hazard. A rigorous evaluation of the effect of these damping devices on the seismic performance of a structural system should be based on a probabilistic approach and take into account the evolutionary characteristics of the earthquake input and of the corresponding system response. In this paper, an approximate analytical technique is proposed for studying the nonstationary stochastic response characteristics of hysteretic single degree of freedom systems equipped with viscous dampers subjected to a fully nonstationary random process representing the seismic input. In this regard, a stochastic averaging/linearization technique is utilized to cast the original nonlinear stochastic differential equation of motion into a simple first‐order nonlinear ordinary differential equation for the nonstationary system response variance. In comparison with standard linearization schemes, the herein proposed technique has the significant advantage that it allows to handle realistic seismic excitations with time‐varying frequency content. Further, it allows deriving a formula for determining the nonlinear system response evolutionary power spectrum. By this way, ‘moving resonance’ effects, related to both the evolutionary seismic excitation and the nonlinear system behavior, can be observed and quantified. Several applications involving various system and input properties are included. Furthermore, various response parameters of interest for the seismic performance assessment are considered as well. Comparisons with pertinent Monte Carlo simulations demonstrate the reliability of the proposed technique. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd. 相似文献
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采用汶川地震强余震26个强震动台站记录,基于H/V谱比法,计算台站场地的强、弱震作用下场地卓越频率之比R_(fp)和体现强、弱震作用下场地H/V谱比曲线差异程度的DNL,进而识别并分析场地非线性反应特征。结果显示,R_(fp)、DNL与PGA之间存在显著相关性;其中10个台站出现明显的场地非线性反应特征;大部分台站发生场地非线性反应的PGA阈值为100 cm/s~2,部分为50 cm/s~2;实例证明,因某些台站不易通过H/V谱比法识别场地卓越频率,因此采用R_(fp)识别场地非线性反应具有一定局限性。 相似文献
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结构在主震作用下发生损伤,由于刚度和强度退化导致结构周期的延长,再加上高阶周期的影响,在随后的余震对主震损伤结构抗震性能的影响分析中,基于弹性周期的传统谱加速度可能不适用,有必要对地震动强度指标的选择进行进一步研究。本文以9层Benchmark钢框架为研究对象,选取10种地震动强度指标,分别从离散性和相关性两个维度对比分析了其在余震IDA分析中的优劣性。研究结果表明:与最大层间位移角相比,最大残余层间位移角更能够准确地量化主震对结构造成的损伤;对于钢框架结构,基于一段周期的几何平均谱加速度的IMBoj&Lev指标是最优的地震动强度指标,相对于Sa（T1）离散性降低了30%左右,相关性提高了6%左右。 相似文献
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余震是由主震孕育而来,两者之间存在着一定的关联性,如何构造主余震型地震动模型,是工程结构抗震分析的基础。着眼于地震动的工程特性,根据主余震之间的峰值加速度、强震持时、场地卓越频率等要素,分别建立主震和余震自身的演变功率谱模型,基于非平稳随机过程的谱表示,通过引入随机函数降维模拟方法,实现仅用三个基本随机变量即可精确模拟主余震型地震动过程。研究表明,采用该降维模拟方法的效率和精度均满足工程需求,且与实测主余震型地震动记录的反应谱和幅值谱拟合一致,验证该模型与方法的优越性,为工程结构在主余震型随机地震作用下的抗震分析提供有效途径。 相似文献
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在Vlachos等提出的双模态时变修正Kanai-Tajimi功率谱模型及其参数识别方法的基础上,利用杜修力等提出的Kanai-Tajimi功率谱滤波方法并引进遗传算法及二次优化识别技术进行改进,建立地震动时变功率谱的参数模型化方法。通过集集地震波的时变功率谱模型参数识别及模拟地震动算例,验证改进后的双模态时变修正Kanai-Tajimi功率谱模型的可行性和有效性,其方法可运用到重大工程结构抗震分析的设计地震动输入中。 相似文献
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Analyzing the effect of moving resonance on seismic response of structures using wavelet transforms 下载免费PDF全文
下载免费PDF全文 There is a complex interaction between the seismic response (i.e., peak displacements) of a nonlinear structure and the characteristics of a ground motion. One ground motion characteristic that contributes to record‐to‐record variability is spectral nonstationarity, or the variation of signal's frequency content with time. When the predominant natural periods of a nonlinear structure elongate in such a way as to match with the predominant frequency content in the ground motion, a phenomenon called moving resonance occurs. The effect of moving resonance on the response of nonlinear structures is investigated. Continuous complex wavelet transforms are used to examine the spectral nonstationarity of ground motion acceleration histories and associated structural displacement histories to identify the occurrences of moving resonance. A three‐dimensional displacement response spectrum is used to determine which combinations of initial period and strength create the largest displacements and thus are candidate configurations for experiencing moving resonance. A method is then proposed for quantifying the effect of moving resonance on structural response. The method utilizes discrete wavelet transforms to decompose a ground motion into component signals with limited frequency band and examines the structural response due to each individual component. A discussion is provided as to how these tools can be used to identify ground motion characteristics that may be conducive to moving resonance. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd. 相似文献
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地震动的频谱特征是影响结构动力反应的重要因素。以集集地震动记录为数据基础,对反映地震动频谱特征的4个参数周期(反应谱卓越周期Tp,平滑化反应谱卓越周期To,傅氏幅值谱平均周期Tm和反应谱特征周期Tg)进行了研究。依据理论模型,经非线性回归分析,给出了不同场地上地震动各周期分量随断层距变化的经验公式。结果表明,不同的频谱参数周期反映地震动不同的频谱特征;同一场地上各周期随断层距的增大而增大;To和Tm具有较好的可估性。 相似文献
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新型随机地震动模型 总被引：2，自引：0，他引：2
在研究结构的随机地震反应时，要用大量的符合场地条件的地震记录作为输入数据。但强震历史记录却不是每个地区都有的，因此根据符合场地条件的现有地震记录建立随机地震动模型具有重要意义。本文利用中国抗震规范2001版修正选取的样本波作为目标波，考虑了幅值和频率的双重非平稳性，建立了新型随机地震动模型——改进的时变ARMA模型随机地震动模型。通过使用残差的卡方检验法，对多种非平稳ARMA模型生成的模拟波进行检验；同时又比较丁模拟波与目标波的功率谱密度图和反应谱图。结果证明：此法能够更精确地反映不同场地条件地震动的频谱和幅值的真实内容，从而建立符合目标场地条件的更为有效的模拟地震动，为相关研究与工程设计架起一座桥梁。 相似文献
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本文以二滩地区为例,介绍如何结合地震危险性分析的结果,采用理论模拟方法估计工作地区近场强地面运动情况,为工程抗震设计提供必需的地面运动动力学参数。 文中采用理论方法计算剪切位错点源的格林函数;根据断裂动力学模型、近场地面峰值加速度衰减曲线和场地附近的加速度谱来标定震源模型;计算了若在坝区附近发生Ms=6.2级地震时场地的综合地震图、加速度傅氏谱和反应谱等。由理论模拟计算的峰值加速度衰减曲线和观测结果符合较好。在震中距为20km处的加速度谱的截止频率fmax与观测值相吻合（约为8 Hz左右）,相应的峰值加速度为211cm/s2,振动持续时间为3.4秒。 相似文献
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选取易县地震台YRY-4型分量式钻孔应变仪2012—2020年观测数据,进行Venedikov调和分析,并对2015—2020年四分量数据S1、S2、S3、S4进行自洽检验,发现应变观测数据连续性、可靠性较高。选取该台2018—2019年钻孔应变原始数据S1、S2、S3、S4,利用面应变S1 + S3、S2 + S4相关系数,分析河北省3次ML≥4.0地震前数据异常变化,并利用剪应变S1 - S3、S2 - S4的大小,分析受抽水干扰的NE分量主应力方位角,判断干扰源方位,结果发现：①面应变与剪应变在地震发生前均会出现异常变化,且剪应变异常变化幅度较大,应与震中相对于观测井的位置有关;②对于受抽水干扰的钻孔应变NE分量,利用剪应变固体潮数据推算主应力方位角,可得干扰源在钻孔应变观测室NW80.96°方位,与实际位置存在一定偏差。 相似文献
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利用基于动力学拐角频率的随机有限断层法,针对2013年3月29日和8月30日乌鲁木齐发生的MS5.6和MS5.1两次地震,选择不同机构的震源参数对23个台站的45条强震记录进行强地震动模拟,对比分析加速度时程和反应谱,并计算模型偏差.通过与实际场点记录进行对比的结果显示:选取的不同机构震源参数模型得到的模拟加速度时程在持时和形状上与实际记录有一定差距,对于近震源的台站,模拟结果的峰值加速度(PGA)比观测结果小,对于稍远的台站,结果基本能够保持一致;而加速度反应谱,模拟结果与观测结果具有较好一致性; 随机有限断层模型的误差在±0.5以内,拟合效果较好,而且高频段的拟合效果要好于低频段;采用不同机构震源参数模型得到的模拟结果与观测结果得到的PGA分布特征较为一致,但模拟结果的峰值加速度要低于观测结果. 相似文献
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利用模拟记录和2011年日本东北MW9.0大地震观测记录分析了基于移动窗解卷积法识别场地非线性时变特征的可行性,并与移动窗谱比法的结果进行了对比分析。研究表明:基于移动窗解卷积法可以较好地揭示场地非线性随地震动水平的变化过程,识别非线性发生的阈值、非线性变化程度及强震动后的恢复程度;与移动窗谱比法相比,移动窗解卷积法更容易获得较为稳定的土体非线性时变过程,但对于存在强阻抗比的浅表层土体,移动窗谱比法可以获得更准确的非线性程度。对2011年日本东北MW9.0大地震中8个KiK-net台站进行了非线性时变分析,结果表明;两种方法识别的非线性阈值较接近,约在40—100 cm/s2之间,且与场地vS30没有明显的相关性;在峰值加速度PGA较低的IBRH20台站,非线性引起的波速下降较小（3%）且震后几乎完全恢复;PGA 处于386—822 cm/s2之间的其余7个台站,场地等效剪切波速下降13%—37%,产生了显著的场地非线性,且震后未完全恢复;PGA大于380 cm/s2时,非线性所导致的场地波速下降、恢复与PGA无明显相关性。 相似文献
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考虑场地类别与强震持时的滞回耗能谱的特征分析 总被引：3，自引：0，他引：3
基于力或位移的结构抗震设计方法大多无法反映地震动持时的影响,而能量设计方法则能较好地弥补其不足。按场地类别和强震持时,将302条Northridge地震记录分为15组,对地震记录的峰值进行规一化处理,采用钢筋混凝土退化三线型恢复力模型,对单自由度体系进行弹塑性时程分析,研究场地类别、强震持时、强度屈服水平以及结构周期等因素对滞回耗能的影响。结果表明:在给定地震记录的峰值和屈服强度水平下,结构的滞回耗能依赖于场地条件和强震持时等因素;滞回耗能随强震持时的增加而增大,随场地特征周期的增加而增大。通过非线性回归分析,建立了与峰值加速度、峰值速度、强震持时相对应的简化滞回耗能谱的计算公式。 相似文献
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Deamplification of strong motion and the increase of the effective period of soil deposits are typical nonlinear effects; we seek them in SMART1-array data by applying the horizontal-to-vertical spectral ratio (HVSR) technique. The recordings, from four soil and one rock stations, represent 23 earthquakes (ML 4.9–7.0); PGA varies between 20–260 cm/s2. For each station, mean HVSR curves are calculated for two PGA ranges: <75 cm/s2 and >100 cm/s2 (weak and strong motion). At the soil stations, the “weak” (linear) and “strong” (nonlinear) responses are significantly different. Below 1–1.8 Hz, the nonlinear response exceeds the linear one. Above 2 Hz, the nonlinear response drops below the linear one and above 4–6 Hz below unity (deamplification). From 10 to 16 Hz, the two responses converge. One soil site shows significant negative correlation between resonance frequency and ground acceleration. Such behaviour agrees with other empirical studies and theoretical predictions. Our results imply that the HVSR technique is sensitive to ground-motion intensity and can be used to detect and study nonlinear site response. 相似文献
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应用地震活动加速指数AI算法对华北地区1970年以来ML≥6.0地震进行了回溯性研究。 利用该方法统计中强震前的中小地震活动频度, 分析结果显示在空间上能够反应出中小震活动频度的异常。 另外, 应用有关地震活动的频度面积S值方法, 对ML6.0级以上强震前后的中小地震活动在时间分布上进行了研究, 此方法对AI算法的计算结果在时间上给予了支持。 结果表明: AI指数能够量化地给出中强震前中小地震活动的相对增强或减弱程度, 中强震的S值在震前表现为高值或低值异常, 震后下降或上升。 S值的异常点与AI扫描值的异常结果在时空分布上相辅相成。 在地震目录完整的情况下, 中强震震中区及其附近地区震前1 a的中小地震活动与之前3 a、 5 a的活动背景相比, 出现明显的“加速”或“减速”现象。 利用这两个参量的变化, 可为该地区中强震的预测分析提供一定的判定指标。 相似文献
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2008年汶川MS8.0地震获得了大量的强震动记录, 为研究反应谱特征参数衰减特性提供了重要的基础资料. 本文对已知场地条件的174个台站的记录进行研究, 计算其加速度反应谱并按照最小二乘分段拟合方法进行标定, 进而拟合了反应谱平台值的衰减关系;对比分析了水平方向与竖直方向反应谱平台值的衰减特性, 提出用“平台值的场地衰减影响系数”来定量研究不同场地类型对反应谱平台值的影响, 用“衰减曲线下降速率”来定量分析不同衰减曲线的衰减速率. 通过计算得出水平向Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ类场地的平台值场地衰减影响系数平均值分别为0.5358, 1和1.579, 且Ⅲ类场地的加速度平台值衰减曲线的衰减速率最小. 相似文献
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2021年5月21日漾濞Ms6.4地震是云南近10 a以来继Ms6.5鲁甸地震和Ms6.6景谷地震后发生的又一次破坏性浅源地震,其震中位于滇西北地区维西-乔后断裂带附近。震源机制结果显示：此次地震属于走滑型破裂,符合区域构造特征。为进一步研究该地震强震动特征,特引入改进后的希尔伯特-黄变换(HHT),以不同角度客观分析强震动的尺度和频域特征。研究结果表明：希尔伯特-黄变换在对实际地震动记录进行特征提取后,得到的边际谱和时频谱可在一定程度上保留原始数据的主要信息,该方法可为类似破坏性浅源地震的强震动特征分析提供更有效的信息参数,保证了信号分解的稳定性,更适于处理非平稳信号,可为现代信号应用分析于强震动特征提供另一种新思路。 相似文献
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软土具有高灵敏度、低强度等特性,在地震过程中极易产生震陷。基于OpenSees数值模拟方法对软土场地的震陷反应进行非线性动力有限元分析,通过改变地震动峰值加速度、频谱特性、输入方式来研究其对软土震陷的影响。结果表明,地震动峰值加速度对地基土的不均匀震陷有显著影响,地震动峰值加速度越大,震陷量显著增大,震陷影响深度更大,对水平地表造成的破坏范围也更大;地震动频谱特性对软土震陷有重要影响,当地震动卓越频率与场地自振频率相近时,其幅值越大,产生的震陷越严重;水平、竖向同时输入地震动的方式能更好地反映土体的振动及震陷响应。该研究成果对探索软土震陷的机理有一定的指导意义。 相似文献
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2013年芦山MS7.0地震震源参数特征 及近断层强地面运动初步估计 总被引：1，自引：0，他引：1
2013年4月20日在我国四川省雅安市芦山县发生了MS7.0地震, 破坏最严重的宝兴、 芦山等极震区烈度达到Ⅷ—Ⅸ度. 该文针对芦山MS7.0地震震源参数的特征, 结合相关经验关系, 对本次地震的震源特征进行了初步分析. 结果表明, 芦山MS7.0地震为断层动态摩擦过程中的应力下调模式. 进一步应用Brune圆盘模型对芦山MS7.0地震近场强地面运动的理论值进行估算, 并基于加速度和速度的估算结果计算极震区的最大烈度, 约为Ⅷ—X度, 与实测的极震区最大烈度Ⅸ度较为接近. 选取宝兴和芦山为特征计算点, 构建动态复合震源模型, 对近断层区域内宝兴和芦山两个特征点进行了模拟计算. 模拟结果显示, 近断层区域强地面运动呈现持续时间短、 高频成分多等特征. 相似文献