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原文传递基于非平稳随机理论的结构抗震分析研究

论文题名：	基于非平稳随机理论的结构抗震分析研究
关键词：	斜拉桥;结构抗震;非平稳随机理论;震波功率谱;小波变换
摘要：	结构抗震分析是一个极其复杂和极具挑战性的课题，一直以来都是结构工程、岩土工程和力学等学科的研究热点和难点之一；在大部分情况下，抗震设计也是构筑物和建筑物结构设计的控制性条件。同时由于结构抗震分析综合性很强，涉及到地震、材料、力学和工程等多个学科，需要将相关学科的知识结合起来。一旦结构抗震方法使用不当，预定抗震设防目标将无法实现；甚至在强烈地震发生时，造成建构筑物倒塌和损毁。由于地震波具有非常强烈的非平稳性，用传统的傅里叶变换仅能获取其频域的信息，而不能获得时变频谱信息；同时又由于地震波具有非常显著的空间非一致性，地震的非平稳性及空间非一致性一同对结构在地震作用下的反应有着非常大的影响，地震波的这些特性给结构抗震研究带来更多挑战。　　结构动力学在结构抗震研究中得到了广泛的应用，目前主要采用时域和频域的分析计算方法，由于地震波时变频谱特性，传统计算方法不能满足工程应用要求，迫切需要建立时-频域的分析计算方法。为解决传统的单纯时域或者频域方法的制约，小波变换被运用到结构抗震分析研究中来；但运用基于小波变换理论的来解决该问题仍面临诸多困难，如小波变换中所涉及的尺度参数与频率之间的关系转换问题等。　　本文将非平稳随机理论引入到传统的结构抗震理论中，基于小波变换等时频分析理论建立地震波的时变功率谱模型和结构动力分析方法，取得了如下几方面的成果：　　1.首先从地震波的非平稳性特征出发，利用小波变换等时频分析方法对已记录的地震波进行时变功率谱估计计算，结合已有的功率谱模型，根据场地等条件进行分类统计，建立时变地震波功率谱模型，并给出相关模型参数。结合现有地震台阵所收集的数据，研究地震动空间变化特性，建立地震动空间变化模型。　　2.将小波变换方法引入到传统的结构动力计算理论中，基于小波变换理论建立结构的时-频模型和结构动力分析方法。　　3.通过理论分析和对实际强震的反应谱计算，并通过统计分析，建立物理意义明确，形式更为简单且安全系数更合理的抗震反应谱统一计算公式。　　4.利用实际强震地震波，通过调整其频谱信息，使得人工地震加速度时程与设计反应谱兼容，同时使其非平稳性与实际地震波的高度类似。　　5.以一座异型斜拉桥结构算例为基础，详细论述了基于非平稳随机理论的结构抗震分析方法的实现过程。通过实际工程算例，论证了基于非平稳随机理论抗震分析方法在斜拉桥抗震分析应用中的可行性，反映了基于非平稳随机理论桥梁抗震分析方法的工程意义。　　本文的研究结果，基于地震波的高度非平稳性及其对结构在地震下的响应有着较大的影响，应采用小波变换等时频分析方法用于地震波输入、结构模型建立等结构抗震分析关键领域，可以为以后的结构抗震方面的研究提供参考，并为结构抗震优化设计等工作提供必要的基础。
作者：	郑永阳
专业：	固体力学
导师：	扶名福
授予学位：	博士
授予学位单位：	南昌大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文