[发明专利]空间性旋转地震动模拟方法

说明书

本发明公开了一种空间性旋转地震动模拟方法，包括：S1.将实际地震动分解为第一水平加速度、第二水平加速度和竖向加速度；S2.分别对第二水平加速度和竖向加速度进行快速傅里叶变换；S3.根据线弹性理论和步骤S2中快速傅里叶变换的结果得到摇摆分量的傅里叶谱和扭转分量的傅里叶谱；S4.将摇摆分量的傅里叶谱和扭转分量的傅里叶谱转换为未考虑空间性的旋转功率谱；S5.根据随机振动理论利用未考虑空间性的旋转功率谱得到考虑空间性的旋转功率谱；S6.将考虑空间性的旋转功率谱经LDLT分解及强度包络函数得到非平稳性旋转地震动和平动地震动。本发明基于线弹性理论和多维空间性理论提出了一种能够考虑旋转地震动空间性的非平稳旋转地震动模拟方法。

技术领域

本发明属于地震动模拟领域，特别是涉及一种空间性旋转地震动模拟方法。

背景技术

1971年San Fernando地震使大量高层建筑和桥梁发生的扭转变形，学者推测为旋转地震动所致；1978年Miyagi-ken-Ohi和1994年Northbridge地震中一些高墩弯桥和斜桥的倒塌，可能是扭转分量和纵向差异性导致；此外，2008年，汶川地震使大量弯桥扭转倾覆。从而说明现有抗震规范对重要结构、特别是非对称结构如大型水坝、电塔、塔楼、大跨度空间异性桥梁等抗震分析时仅考虑水平单分量的地震偏危险，还应考虑旋转地震分量作用对结构的影响。

地震学知识及震后调查均能发现地震动不仅具有平动分量，而且还具有旋转分量。Takeo 在日本半岛的伊祖河ITO近郊地震群中，成功记录到扭转地震分量；Igel等和Suryanto等分别在2003年8.1级的Tokichi-Oki地震和2004年6.3级的摩洛哥地震中，通过环形激光技术获得了旋转时程；Teisseyre.R等认为地震扭转分量是地震理论和实际地震动的基本要素：Huang BS等对中国台湾中场和近场的旋转地震动进行了实测。地震旋转分量对大跨结构地震响应有非常大的影响，甚至加速结构在地震中的倒塌，扭转分量在结构抗震分析中不可忽略。但是，扭转地震动相关研究和实测记录甚少，从而使得部分学者对旋转地震动的合成理论技术进行了相关研究，如李宏男等利用弹性波动理论合成了面波产生的扭转分量；魏文晖等利用水平分量和竖向分量在低频上的差异性和阙值处理方法调整水平分量小波系数，以此获得旋转分量；赵世伟等对汶川地震进行统计分析，并利用平动分量和旋转分量关系研究了旋转分量特性。通过文献追踪表明：旋转地震动的研究甚少，且不够完善。此外，对旋转地震动空间性及其模拟的研究更是少之又少。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种空间性旋转地震动模拟方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：空间性旋转地震动模拟方法，包括：

S1.记录实际地震动，并将其分解为第一水平加速度、第二水平加速度和竖向加速度,第一水平加速和第二水平加速度的方向相互垂直；

S2.对第二水平加速度进行快速傅里叶变换得到第二水平加速度傅里叶谱，对竖向加速度进行快速傅里叶变换得到竖向加速度傅里叶谱；

S3.根据线弹性理论利用第二水平加速度傅里叶谱和竖向加速度傅里叶谱得到摇摆分量的傅里叶谱和扭转分量的傅里叶谱；

S4.将摇摆分量的傅里叶谱和扭转分量的傅里叶谱转换为未考虑空间性的旋转功率谱；

S5.根据随机振动理论利用未考虑空间性的旋转功率谱得到考虑空间性的旋转功率谱；

S6.将考虑空间性的旋转功率谱经LDLT分解及强度包络函数得到非平稳性旋转地震动和平动地震动。

优选的，步骤S3中，

摇摆分量的傅里叶谱的计算公式为：

式中，为摇摆分量的傅里叶谱，为竖向加速度傅里叶谱，为竖向速度傅里叶谱，ω为频率，c₁为P波波速，i为虚数单位；