基于HHT的地震动长周期分量提取与长周期地震动界定方法

摘要

长周期地震动，作为一种特殊的地震动类型，对于自振周期较大的工程结构尤其是超高层建筑产生的影响和破坏已经被大量震害所证实并引起了结构抗震界的广泛关注。国内外对长周期地震动的研究主要从震源模型和经验统计两方面开展，而震源模型的代表性和经验统计的准确性，需要以丰富的地震记录为前提。目前对于长周期地震动的界定和定义还存在争议，缺乏较为明确一致的界定方法对长周期地震动进行筛选。作为长周期地震动特性研究的基础性工作，本文以长周期分量是长周期地震动的决定性成分为出发点提出了基于 EMD的长周期分量提取方法。以此为基础，从地震动的产生机制机理、地震的影响因素和长周期分量的特性等方面提出了长周期地震动的界定方法。研究的主要工作内容如下：
　　①对中外相关文献中提及较多的长周期地震动进行整理，以所选取的60条长周期地震动和180条对照组地震动为基础，对多个频谱参数进行了计算和统计分析。认为加速度谱平均周期Tr更适合作为长周期分量提取的依据。
　　②从共振响应和地震动特性特征两个方面分析认为2rT? s作为长周期分量提取的截止周期较为合适，并以此提出了基于EMD的长周期分量的提取方法；通过长周期分量的相关性分析和对超高层结构的响应，验证了基于EMD提取的长周期分量的合理性，通过与其他分量分离方法的对比，表明了其有效性。
　　③基于长周期分量提出了长周期分量能量比?E和长周期分量峰值比(PGV/PGA) L两个参数指标，根据这两个指标采用逻辑回归的方法提出了长周期地震动界定指标LPGI（Long Period Ground motions Indicator）。
　　④结合长周期地震动的产生机制和影响因素，提出了长周期地震动的界定流程，并以1999年集集地震为例，按此流程筛选出了105条长周期地震动，对其进行时程分析，研究所筛选地震动的长周期特性，以验证界定方法的可接受度。
　　⑤提出用长周期地震动长周期分量的归一化Hilbert累积能量曲线从0.05增长至0.95所经历的时间t90%来作为脉冲型和类谐和型长周期地震动的一项划分依据。

目录

主要符号

1 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 长周期地震动的研究现状

1.3 地震动的时频分析方法

1.4 本文的研究目的和主要内容

2 HHT理论及地震动批处理软件

2.1 HHT理论介绍

2.2 地震动批处理软件

2.3 本章小结

3 基于EMD的长周期分量提取

3.1 地震记录的选取及处理

3.2 分量分离的周期参数

3.3 基于EMD的长周期分量提取

3.4 长周期分量的有效性验证

3.5 本章小结

4 长周期地震动的界定

4.1 长周期地震动界定方法的引入

4.2 基于长周期分量的长周期地震动界定

4.3 基于长周期地震动影响因素的界定

4.4 长周期地震动界定

4.5 本章小结

5 结论与展望

5.1 主要工作和结论

5.2 研究展望

致谢

参考文献

附录

A. 对照组地震动基本信息

B. 对照组地震动三频谱周期参数

C. 对照组地震动界定参数

D. 集集地震中筛选出的长周期地震动

E. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录