地震波的时频特征分析及其与结构地震响应的关系

论文摘要

随着研究的不断深入,人们发现地震波存在着极强的非平稳性,以往用于平稳信号分析的万能之剑——傅立叶变换,在此失去了光芒。于是,一个新的研究思路孕育而生——时频联合分析,随之诞生的是一系列时频联合分析的方法。本文主要就两种方法做了介绍:离散谐小波变换和S变换,推导出了它们各自的定义表达式和能量时变谱表达式,并通过实际地震波算例做简单的验证和分析;收集并归类了多条实际地震波,通过编程分析各类地震波的时频特性,研究发现:硬场地上地震波的能量在频域范围内比较分散,具有较大的中心频率和较宽的频带,而在时域范围内比较集中;建立了地震波时变谱均匀调制非平稳随机模型,利用谱强度因子建立了地震波单位能量时变谱和实际时变谱之间的关系。本文还就地震波时频特征与结构地震响应之间的关系,进行了简单的分析。为了便于研究,将三条自然波和一条人工波调整为相同的类别,分析在同类地震波的输入下结构地震响应的差异。分析发现了地震波的时频特征谱和特征子波,前者与地震波的弹性加速度反应谱有很好的相关性,可以建立它们之间的相互转换关系;后者影响着非线性结构的地震位移反应,使得同类地震波输入下的结构位移反应有很大的离散性,可以利用正弦函数来模拟特征子波。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 概述
• 1.1 本课题研究的目的与意义
• 1.2 时频分析的国内外研究综述
• 1.3 本文的主要工作内容
• 2 基本概念与数学原理简介
• 2.1 引言
• 2.2 基本概念
• 2.3 几种典型时频表示方法的数学原理
• 2.4 本章小结
• 3 基于离散谐小波变换和S 变换的地震波时变谱估计
• 3.1 引言
• 3.2 离散谐小波变换
• 3.3 S 变换
• 3.4 本章小结
• 4 不同场地地震波的时频特征分析
• 4.1 引言
• 4.2 有关场地类别划分的几个概念
• 4.3 地震波的收集及Matlab 编程
• 4.4 地震波的时频特性分析
• 4.5 非平稳随机模型的建立
• 4.6 本章小结
• 5 地震波的时频特征与结构地震响应的关系
• 5.1 引言
• 5.2 地震波的调整
• 5.3 时频特征谱与反应谱之间相关性分析
• 5.4 时频特征谱与反应谱之间关系的建立
• 5.5 地震波时频特征与非线性结构地震反应的关系
• 5.6 非线性结构位移反应的估计
• 5.7 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 本文小结
• 6.2 本文研究工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录Ⅰ本文所收集地震波的基本信息
• 附录Ⅱ攻读学位期间发表学术论文目录