[發(fā)明專利]一種調(diào)整地震波與目標(biāo)反應(yīng)譜精確匹配的影響矩陣方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910011113.4
• 申請日: 2019-01-07
• 公開（公告）號(hào): CN110020400B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊蘭蘭;徐衛(wèi)亞;謝偉超
• 申請（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/11
• 分類號(hào): G06F17/11;G06F17/13;G06F17/15;G06F17/16;G01M7/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發(fā)明公開了一種調(diào)整地震波與目標(biāo)反應(yīng)譜精確匹配的影響矩陣方法，引入六階微分方程的本征函數(shù)分解初始地震波，得到與本征函數(shù)一一對應(yīng)的初始振幅系數(shù)，在每一次迭代計(jì)算中，利用杜哈姆積分計(jì)算由本征函數(shù)重構(gòu)所得地震波的反應(yīng)譜，計(jì)算每個(gè)本征函數(shù)對每個(gè)計(jì)算頻率處反應(yīng)譜的貢獻(xiàn)值，即影響因子，通過調(diào)整本征函數(shù)的振幅系數(shù)，可以調(diào)整每個(gè)本征函數(shù)對計(jì)算反應(yīng)譜的貢獻(xiàn)大小，使得計(jì)算反應(yīng)譜在每一次的迭代計(jì)算中都均勻一致地向規(guī)范反應(yīng)譜靠近，進(jìn)而最終達(dá)到計(jì)算反應(yīng)譜與目標(biāo)設(shè)計(jì)反應(yīng)譜相匹配的目的。本發(fā)明迭代過程單調(diào)且收斂，從而使得重要工程結(jié)構(gòu)的時(shí)程動(dòng)力響應(yīng)分析結(jié)果具有較高的精度高和可信度，并顯著減少了離散性與時(shí)間消耗。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)與分析方法，尤其涉及一種調(diào)整地震波與目標(biāo)反應(yīng)譜精確匹配的影響矩陣方法。

背景技術(shù)

地震是最具有破壞性的自然災(zāi)害之一，地震災(zāi)害的發(fā)生將導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境與生命的損失。結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)是預(yù)防因地震導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞的最有效方法，其中設(shè)計(jì)地震的確定是至關(guān)重要的，包括抗震設(shè)計(jì)譜和抗震設(shè)計(jì)時(shí)程的確定。抗震設(shè)計(jì)時(shí)程，包括設(shè)計(jì)加速度時(shí)程、設(shè)計(jì)速度時(shí)程和設(shè)計(jì)位移時(shí)程在抗震設(shè)計(jì)與分析中都有非常重要的應(yīng)用。比如在核電廠的抗震設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)加速度時(shí)程可以用于結(jié)構(gòu)線性或非線性動(dòng)力響應(yīng)分析及反應(yīng)譜的生成，設(shè)計(jì)速度時(shí)程可以用于結(jié)構(gòu)的晃動(dòng)分析，而位移時(shí)程可以用于多支承結(jié)構(gòu)的偽動(dòng)力分析。

用于結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)與分析的地震時(shí)程需要在工程應(yīng)用的頻率范圍內(nèi)與目標(biāo)規(guī)范設(shè)計(jì)譜相匹配，即抗震設(shè)計(jì)時(shí)程的反應(yīng)譜與目標(biāo)規(guī)范設(shè)計(jì)譜之間相對誤差在規(guī)范所要求的范圍內(nèi)。與此同時(shí)，加速度、速度和位移值在起始和終止時(shí)刻需等于零，并且加速度、速度和位移時(shí)程彼此之間的積分與求導(dǎo)的關(guān)系均成立。

在調(diào)整真實(shí)地震時(shí)程匹配目標(biāo)設(shè)計(jì)譜的研究領(lǐng)域中，基于傅里葉級(jí)數(shù)的譜匹配方法在每次迭代中需要使用基線校正法修正時(shí)程漂移，從而將導(dǎo)致得到的時(shí)程不再相互連續(xù)；基于Hilbert-HuangTransform(HHT)的譜匹配方法也需要基線校正法修成速度和位移時(shí)程的漂移，因此也存在所得時(shí)程不相互連續(xù)和引入與地震時(shí)程無關(guān)的低頻分量等問題；基于小波函數(shù)的譜匹配方法所預(yù)定義的小波函數(shù)在時(shí)程無限長的首尾兩端才能精確滿足歸零條件，使得在實(shí)際應(yīng)用中不能嚴(yán)格滿足要求。因此現(xiàn)有技術(shù)中，往往由于其計(jì)算方法理論性不嚴(yán)格，收斂性較差，匹配過程不單調(diào)，計(jì)算耗時(shí)較長等原因，不能同時(shí)很好地滿足以上總結(jié)的三個(gè)條件。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：針對現(xiàn)有調(diào)整真實(shí)地震時(shí)程匹配目標(biāo)設(shè)計(jì)譜方法的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種調(diào)整地震波與目標(biāo)反應(yīng)譜精確匹配的影響矩陣方法，

技術(shù)方案：一種調(diào)整地震波與目標(biāo)反應(yīng)譜精確匹配的影響矩陣方法，包括如下步驟：

步驟1，選擇一條持時(shí)為T(s)，時(shí)間間隔為Δt(s)的真實(shí)地震加速度時(shí)程A_IN(t)作為初始地震波；

步驟2，根據(jù)目標(biāo)設(shè)計(jì)反應(yīng)譜S^T計(jì)算所需頻率范圍[f_min，f_max]，選取n∈[N_min，N_max]的一組本征函數(shù)作為用于分解地震波的基函數(shù)；其中，n為本征函數(shù)的個(gè)數(shù)，n＝N_min，N_min+1，...，N_max；

步驟3，以本征函數(shù)作為基函數(shù)分解初始地震加速度時(shí)程A_IN(t)，并根據(jù)分解所得初始振幅系數(shù)重構(gòu)得到用于迭代的初始加速度時(shí)程A⁽⁰⁾(t)；其中，

步驟4，在第(i)次迭代中，計(jì)算自振圓頻率為ω的單自由度系統(tǒng)在加速度時(shí)程A^(i-1)(t)激勵(lì)下的加速度響應(yīng)時(shí)程并將加速度響應(yīng)絕對值的峰值記為反應(yīng)譜值將峰值發(fā)生時(shí)刻記為將峰值響應(yīng)的正負(fù)符號(hào)記為其中，ω＝{ω_m}，ω_m＝2πf_m，m＝1，2，3......M；