[发明专利]基于水电工程水工建筑物抗震设计的人工地震模拟方法

说明书

本发明公开了一种基于水电工程水工建筑物抗震设计的人工地震模拟方法，其包括以下步骤：选取标准设计反应谱作为目标谱、对目标谱进行离散化、用频域法生成初始地震波、使用时域法对初始地震波进行迭代修正、通过“频域‑时域混合迭代方法”进一步修正、判断是否满足精度、判断是否生成三条人工地震波、判断相关系数。本方案针对水电工程水工建筑物抗震设计规范的要求，针对水电工程水工建筑，完成了基于水电工程水工建筑物抗震设计的人工地震模拟方法，具有较强的针对性；克服了现有时域法收敛性差的局限性，并且本发明生成的人工地震波收敛性好，收敛精度高。

技术领域

本发明涉及人工地震模拟技术领域，具体涉及一种基于水电工程水工建筑 物抗震设计的人工地震模拟方法。

背景技术

在水工建筑物的抗震计算和模型试验中，地震波分析必不可少，地震波的 获取有两个途径，其一是直接使用强震仪记录到的强震，其二是生成人工合成 地震波。在目前实际地震记录还相对比较少的情况下，使用人工地震波是非常 必要的。谱拟合人工地震波的合成最早由麻省理工学院完成，在此，地震动的 相位谱被看作均匀分布，主要通过调整幅值谱来与反应谱拟合。因为该方法提 出较早，所以得到了广泛的应用，该方法的主要缺点是收敛精度较差。最早揭 示相位差谱影响人工合成地震动的是日本学者大崎顺彦，我国的胡聿贤等人， 进行了考虑相位的人工地震动谱拟合，从而提高了谱拟合的精度。此后，众多学者加入了谱拟合人工地震动研究的行列，主要贡献是进一步揭示了地震动非 平稳性与幅值谱和相位差谱的关系，在合成人工地震动时考虑地震动环境和天 然地震特征等。

2015年修编的水电工程水工建筑物抗震设计规范对合成人工地震动提出了 更高的要求，主要有两点变化，其一对各类建筑物的阻尼比作了规定，其二是 规定采用时程法计算地震作用效应时，应以阻尼比为5％的设计反应谱为目标 谱，生成至少3套人工模拟地震加速度时程作为基岩的输入地震动加速度时程， 各套地震动的各分量之间的相关系数均不应大于0.3。这在客观上要求合成的地 震动能满足不同阻尼比的设计反应谱。虽然现有技术针对水电工程水工建筑物 抗震设计规范做了一些初步的研究工作，但不能满足水电工程水工建筑物抗震 设计规范提出的新要求。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种克服现有技术局限性并满足 合成人工地震波要求的基于水电工程水工建筑物抗震设计的人工地震模拟方 法。

为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：

提供一种基于基于水电工程水工建筑物抗震设计的人工地震模拟方法，其 包括以下步骤：

S1：选取若干阻尼比及与阻尼比对应β_max的标准设计反应谱作为目标谱，并 对目标谱进行离散化，β_max为标准设计反应谱的最大值；

S2：采用频域法生成阻尼比为5％、β_max为2.5的设计反应谱作为目标谱的 初始人工地震波；

S3：采用时域法对初始人工地震波进行修正，并将修正后的结果与步骤S1 中选取的目标谱拟合得到第一次近似解；

S4：采用频域-时域混合迭代方法修正步骤S3获得的第一次近似解，直至 第一次近似解的精度达到步骤S1中选取的目标谱的精度，并采用修正后的第一 次近似解作为人工地震波；

S5：重复步骤S2-S4，直至获得相关系数不大于0.3的三条人工地震波，并 选取其中两个作为水平地震分量，一个作为竖向地震分量。

进一步地，步骤2进一步包括：

S21：采用目标谱计算出人工地震波的功率谱，通过功率谱得到傅立叶幅值 谱，并用其加上随机相位作傅立叶逆变换，再将傅立叶逆变换的结果加上强度 包络线得到人工地震波；