[发明专利]人工地震动合成方法、装置、电子设备及存储介质

说明书

本公开提供了一种人工地震动合成方法、装置、电子设备及存储介质，本公开采用频域和时域联合调整的方法，通过匹配加速度反应谱和Arias能量累积曲线合成谱能双匹配的人工地震动；本公开采用迭代法来匹配目标地震动，每次迭代先后修正功率谱和加速度时程，以匹配加速度反应谱和Arias能量累积曲线，直到二者均与目标地震动匹配度较高时停止迭代，得到谱能双匹配的人工地震动，这种人工地震动与实测地震动的特性更加接近，能够为工程抗震设计提供更加丰富可靠的地震动数据。

技术领域

本发明属于地震波合成技术领域，特别涉及一种人工地震动合成方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术

我国西南地区位于喜马拉雅火山地震带，地震活动强烈。该地区水能资源丰富，建设了大量的高坝水等水利工程。这些水利工程一旦在地震作用下失事，将对下游人民的生命财产安全造成巨大威胁，因此对这些工程结构进行抗震安全性分析极其重要。在对工程结构进行抗震设计和可靠度分析时，需要大量的强地震动。然而，现有的强震记录十分有限，并且由于场地条件的差异，满足工程抗震设计需要的强地震动更是少之又少。因此，通过人工方法来合成满足工程需要的地震动一直是地震工程的一个重要研究领域。

目前，工程应用中常用的人工地震动合成方法是通过频率不同、相位随机的三角级数进行叠加，再乘以一个强度包络线进行非平稳化。首先计算目标地震动的反应谱或选取标准反应谱作为目标反应谱，根据反应谱和功率谱之间的转换关系，通过迭代来使得人工地震动反应谱逼近目标反应谱。然而，这种方法生成的地震动虽然在频域上能够和目标地震动的反应谱相匹配，但由于没有控制能量，合成的地震动能量累积过程和目标地震动相差较远。而对于很多结构的地震响应，例如大坝的非线性地震响应、液化场地的地震响应，地震动的能量是一个至关重要的影响因素。因此，在人工合成地震动时，有必要考虑控制能量和目标地震动相匹配。

发明内容

本公开旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本公开第一方面实施例提供了一种人工地震动合成方法，包括：

(1)计算目标地震动的Arias能量累积曲线，并根据所述Arias能量累积曲线拟合得到目标地震动的强度包络线；

(2)计算目标地震动的加速度反应谱，根据所述目标地震动的加速度反应谱估算目标地震动的功率谱，初始化人工地震动的功率谱为所述目标地震动的功率谱，并初始化人工地震动的功率谱修正因子；

(3)使用所述人工地震动的功率谱修正因子对所述人工地震动的功率谱进行修正；根据所述人工地震动的功率谱计算每个频率下的余弦波，将所有频率成分的余弦波进行叠加，并乘以所述目标地震动的强度包络线，从而得到人工地震动的加速度时程；

(4)计算人工地震动的Arias能量累积曲线，由所述人工地震动的Arias能量累积曲线和所述目标地震动的Arias能量累积曲线计算人工地震动的加速度时程修正因子，从而修正所述人工地震动的加速度时程，并计算修正后人工地震动的加速度反应谱；由所述目标地震动的加速度反应谱和所述人工地震动的加速度反应谱计算人工地震动的功率谱修正因子，用于下一次迭代修正人工地震动的功率谱；

(5)重复执行步骤(3)～(4)，直到人工地震动的加速度反应谱和Arias能量累积曲线均与目标地震动相匹配，得到谱能双匹配的人工地震动。

本公开第一方面实施例提供的人工地震动合成方法具有以下特点及有益效果：