文章目录

摘要

abstract

第一章 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 强震观测研究现状

1.3 强震数据处理

    1.3.1 强震记录的处理方法

    1.3.2 滤波技术的研究进展

1.4 反应谱的相关概念

1.5 反应谱的研究现状与工程应用

    1.5.1 反应谱的研究现状

    1.5.2 我国建筑抗震规范中反应谱的演变

1.6 章节安排及主要研究内容

第二章 强震观测与强震记录选取

2.1 引言

2.2 中国强地震动观测台网建设与发展

2.3 强震仪的构成和发展历史

2.4 强震记录的选取

2.5 本章小结

第三章 滤波在强震记录处理中的应用

3.1 引言

3.2 强震记录的噪声来源

    3.2.1 仪器噪声

    3.2.2 环境背景噪声

    3.2.3 初始值

3.3 滤波技术的研究

    3.3.1 滤波器的选择

    3.3.2 滤波的基本原理

    3.3.3 因果和非因果滤波

    3.3.4 截止频率的确定

3.4 本章小结

第四章 信噪比选取对加速度反应谱的影响分析

4.1 引言

4.2 高通截止频率的影响

    4.2.1 高通截止频率对地震动相关参数的影响

    4.2.2 高通截止频率对速度和位移反应谱的影响

    4.2.3 高通截止频率对加速度反应谱及标定的影响

4.3 低通截止频率的影响

    4.3.1 低通截止频率对地震动参数的影响

    4.3.2 低通截止频率对反应谱的影响

4.4 本章小结

第五章 设计反应谱标定的改进粒子群算法

5.1 引言

5.2 设计反应谱标定方法的演进

5.3 典型的标定方法

    5.3.1 Newmark三参数标定法

    5.3.2 双参数标定法

    5.3.3 最小二乘标定法

    5.3.4 差分进化标定法

5.4 改进粒子群算法

    5.4.1 设计反应谱的标定形式

    5.4.2 基本粒子群优化算法简介

    5.4.3 基于压缩因子的改进粒子群优化算法

    5.4.4 利用改进粒子群算法标定反应谱的实现过程

    5.4.5 算例分析

5.5 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 本文工作总结

6.2 工作展望

参考文献

致谢

作者简介

文章摘要:强震记录是研究反应谱的首要资料,在强震记录处理时,信噪比的选取对设计反应谱的影响是工程抗震领域关心的问题。本文研究了不同信噪比确定截止频率的选取对加速度反应谱及其标定的影响;以黄土场地收集到的近十年的强震记录为数据基础,系统分析了高通截止频率、低通截止频率的选取对地震动相关参数和对位移、速度和加速度反应谱的影响。同时,对不同滤波处理后的加速度反应谱进行标定,对标定后的设计加速度反应谱及特征参数进行对比分析。本文还提出了一种新的设计反应谱的标定方法。本文主要研究成果如下:1、分析了记录中的噪声来源,对滤波器中因果和非因果方面的理论进行了详细的研究。结果表明,因果滤波总会引起滤波前后地震动的相位差,而非因果滤波在消除相位失真和宽频带方面要优于因果滤波;非因果滤波的实现需要对原始加速度记录进行加零处理,加零的目的是为了避免加速度积分得到的位移时程中出现漂移和尾部翘起的情况;使用余弦过渡（cosine taper）可以平滑加零填充部分和记录两端的过渡带;并且在对速度和位移计算中要保留加零部分;研究表明Butterworth滤波器在各个滤波阶数下的稳定性最好,因此本文采用国内外常用的4阶Butterworth带通滤波。2、系统总结了强震数据的处理方法,根据信噪比确定滤波的高通截止频率,参考震源谱等相关理论来确定截止频率的合理性,即高通截止频率不大于震源谱理论频率。并以黄土场地和非黄土场地的强震记录进行验证。结果表明,运用震源谱模型、震源谱理论、记录信噪比等多重标准来确定滤波的高通截止频率,将主观性影响降至最低,为分析基于不同信噪比的滤波对反应谱的影响提供了参考的流程和截止频率的选取标准。3、研究了高通截止频率对设计反应谱的影响。在由不同的信噪比确定不同的高通截止频率对强震记录进行滤波处理的基础上,分析不同高通截止频率的选取对地震动相关参数和反应谱的影响。结果显示,随着高通截止频率的增加,PGA、PGV、PGD整体上有增大的趋势,相对PGA和PGV来说,PGD增大的幅度较大、对高通截止频率的选择更加敏感。高通截止频率对反应谱的影响也是如此,高通截止频率对加速度和速度反应谱的影响并不明显,而对位移反应谱的影响非常显著。又进一步对不同滤波处理后的加速度反应谱进行标定,发现标定参数差异较小,设计反应谱的形状基本相同。这一结果表明,高通截止频率对加速度反应谱及其标定的影响较小,而对位移及位移反应谱的影响却非常显著,因此在位移反应谱的研究中要着重考虑高通截止频率的影响。4、研究了低通截止频率对设计反应谱的影响。用不同的低通截止频率对原始记录进行滤波处理发现,在低通截止频率由20Hz增加到90Hz的过程中,地震动参数的绝对值变化幅度不大,尤其是PGD和PGV的数值几乎没有变化,PGA变化幅度在5%以内。对处理的数据计算得到加速度、速度和位移反应谱,从得到的反应谱上来看,低通截止频率对反应谱的影响并不明显。进一步对处理后的加速度反应谱进行标定,标定的结果显示,低通截止频率对加速度反应谱标定的影响较小,标定参数基本相同。这说明,与高通截止频率相比,地震动的相关参数和反应谱对低通截止频率的选择并不敏感。5、将带压缩因子的粒子群算法引入到设计反应谱的标定之中。粒子群优化算法源于对鸟群捕食行为的研究,是模拟群体智能所建立起来的一种全局优化算法,在处理优化非线性函数的问题上有天然的优势,为了有更好的收敛精度和更快的收敛速度,本文构建了带有压缩因子的粒子群算法,用于设计反应谱的标定。利用这一方法可给出第一拐点周期、特征周期、平台值和衰减指数等刻画设计反应谱特征的参数值。本文以埃尔森特罗（EI Centro）波加速度时程反应谱的标定为例,采用本文提出的改进粒子群算法、Newmark三参数法、双参数法和差分进化算法对EI Centro波的反应谱进行标定,并对四种标定后的参数进行对比分析。实例证明改进粒子群算法具有较高的精度,给出的设计反应谱较真实的反映了地震反应谱的特征。