基于相位差谱的人工地震动拟合与桥梁地震响应分析

摘要

由于行波效应、局部场地及部分相干效应等影响，大跨度结构各支承点处输入的地震波是各不相同的，采用一致地震波输入或仅考虑波的传播性的行波输入方法显然与实际情况有出入，所以对结构进行多点激励地震响应分析是十分必要的。因为有限的地震台阵实际记录不仅不能够满足多点输入抗震计算的数量要求，也难以适应场地条件复杂多变的情况，反映地震动的空间与时间变异性的多点人工波拟合技术及相关输入模式的研究受到日益关注。地震动时程记录是一个明显的非平稳过程，不仅体现在时程幅值强度分布上，更体现在各频率成分上。目前采用的合成方法，偏向于强度非平稳性拟合，频率的非平稳性较为弱化。论文从基于相位差谱的非平稳人工地震动的模拟和大跨度拱桥地震响应分析方面开展工作。主要研究内容包括：
　　 (1)介绍了相干函数理论模型和经验模型，详细讨论了基岩相干函数模型，建立了适用于各种场地特性的相干函数模型。
　　 (2)通过反应谱-功率谱转换公式拟合出基岩功率谱函数，然后由场地土的传递函数推导出桥址处功率谱矩阵。结合相位差谱拟合出加速度时程并对其进行了检验，拟合所得加速度时程体现了地震波部分相干效应与行波效应及时一频非平稳性等特点。
　　 (3)讨论了行波效应和多点激励在结构抗震分析中的输入模式，主要探讨了加速度输入法（大质量法）的应用问题，并以拱桥为例进行了验证。
　　 (4)分别采用所拟合多点加速度时程和一点时程，考虑行波效应为输入，对江西吉安大跨钢管混凝土拱桥进行了地震响应计算分析，结果表明，当桥梁跨径较大或场地土特性相差较大时，仅考虑行波效应的地震分析是偏于不安全的，需要进行多点激励地震响应分析。