【技术实现步骤摘要】
本申请属于地震的随机动力分析领域，涉及一种近断层脉冲型地震动参数识别及随机模拟方法。
技术介绍
0、技术背景
1、近断层地震是指非常靠近断裂面(距离20km以内)，强烈依赖断层破裂机制的地震运动。近断层地震动具有独特的特点，其破裂向前方向性及滑冲效应，导致近断层地震动对结构的运动特性产生显著影响，从而对工程结构造成强烈破坏。在存在断层的地域，近断层地震和远场地震在地震特征上拥有显著的差别，伴随着近年来我国在断裂带附近相关工程项目的增加，对于近断层地震动的研究迫在眉睫，分析了解近断层地震动特征及在其作用下的结构效应，对近断层地震动设计具有重要意义。
2、较远场地震不同，近断层地震动具有类似脉冲的波形，且周期更长、峰值较大，因此对结构的破坏程度更为严重。地震动是由震源破裂、波传播、场地反应三个过程组成的复杂系统产物，利用理论地震学模型可以不包含任何随机成分模拟和预测长周期(低频)地震动。而短周期(高频)地震动往往表现为随机行为，甚至在其低频部分仍会产生随机性，利用理论地震动模型难以安全有效的模拟。
3、近断层脉冲型地震动具有大幅值和长周期的特点，因此可以采用确定性等效速度脉冲模型来模拟。这些模型通过使用特定的波形函数以及衰减包络函数来调制随机平稳过程，并分离出速度脉冲的低频成分以进行脉冲参数识别。
4、在对结构进行基于性能的抗震设计以及安全评价时，结构随机动力分析十分重要，是从结构的确定性到随机性的重要过渡，选取合适的概率分析方法对结构随机动力分析具有重要意义。概率分析方法是处理工程结
技术实现思路
1、为解决上述现有近断层脉冲型地震动模拟及随机分析方法中存在的不足，本专利技术提供了一种近断层脉冲型地震动参数识别及随机模拟方法，利用等效脉冲模型模拟低频成分，谱表示-随机函数法模拟高频成分，建立近断层脉冲型地震动参数识别及随机模拟方法。
2、为实现上述目的，本专利技术采用技术方案：
3、一种近断层脉冲型地震动参数识别及随机模拟方法，包括以下步骤：
4、第一步，近断层脉冲型地震动的识别
5、s1：采用等效速度脉冲模型拟合原有地震动速度脉冲；
6、s2：采用“峰点法”提取地震动脉冲参数低频脉冲幅值、峰值加速度所对应的时刻；
7、s3：采用最小二乘法得到原始地震动的脉冲周期；
8、s4：计算地震动的相对累计能量；
9、s5：根据相对累计能量判别出近断层脉冲型地震动；
10、第二步，近断层脉冲型地震动脉冲参数的量化提取
11、s6：采用低通滤波器分离近断层脉冲型地震动的高频成分和低频成分；
12、s7：采用人工蜂群算法对低频成分进行脉冲提取；
13、s8：采用等效速度脉冲模型拟合对低频速度时程进行拟合得到低频成分的脉冲参数；
14、第三步，近断层脉冲型地震动的随机模拟及合成
15、s9：采用步骤s8得到的脉冲参数和等效速度脉冲模型对低频成分进行拟合；
16、s10：采用随机函数-谱表示法对高频成分进行模拟生成需要数量的高频成分；
17、s11：将步骤s9得到的低频成分和步骤s10得到的高频成分直接叠加，获得人工合成的近断层脉冲型地震动加速度时程。
18、首先，在步骤s1中，选用mavroeidis等提出的等效速度脉冲模型，对地震动速度脉冲进行拟合，即：
19、
20、式中，vp为低频脉冲幅值、tp为脉冲周期、nc为脉冲峰点法循环个数、tpk为pgv所对应的时刻，v为脉冲旁瓣与主瓣的角度。
21、
22、
23、在步骤s2中，相关统计数据及研究表明，脉冲幅值vp与地面速度峰值(pga)可相互替代，因此可取vp＝pga。脉冲周期可利用“峰点法”(ppm)确定，该方法将简谐脉冲的相邻两个波峰或波谷的时间差定义为脉冲周期。在脉冲型地震动中，在vp＝pga的前提下，采用将峰值地震动左右极值间的时间差作为脉冲周期tp。ts为峰值脉冲起始时间，te为峰值脉冲结束时间。在近断层地震动峰点法中，取nc＝1，v＝0。
24、在步骤s3中，快速确定脉冲幅值、脉冲峰点法循环个数、pgv所对应的时刻、脉冲旁瓣与主瓣的角度四个脉冲参数后，原始地震动的脉冲周期tp可通过最小二乘法快速统计求得：
25、
26、式中，n为原始地震动速度时程v(i)中的样本数。χ2为判别参数，χ2取得最小值时便可得到该模型拟合的脉冲周期tp。
27、在步骤s4中，为更加精准地识别近断层脉冲型地震动，采用动能原理，将地震动的能量表示为原始地震动速度的平方自峰值脉冲起始时间至终止时间的积分，即相对累积能量e(t)来进行判别，如下式所示:
28、
29、式中，v(τ)代表地震动速度时程。所以，脉冲型地震动的脉冲相对累积能量可表示为：
30、
31、式中，ts、te为脉冲的起始和中止时刻。
32、在步骤s5中，应用上述识别方法，当ep>0.3，pgv>30cm/s时，则判定地震动属于脉冲型地震动时程，当不满足上述条件是判定为非脉冲型地震动时程。
33、其次，在步骤s6中，提取地震动的低频脉冲参数之前，须减少原始速度时程中的高频成分来减小提取低频脉冲参数的误差。为此，本文利用带通频率上限为1.5hz的低通滤波器分离近断层脉冲型地震动的高频成分和低频成分，来降低加速度时程中的高频成分对低频成分的影响。
34、在步骤s7中，引入人工蜂群算法(abc)进行脉冲提取，它是一种基于轮盘赌算法模拟蜜蜂觅食行为去寻找解决问题的最优解的算法，该算法具有良好的全局寻优能力。人工蜂群算法以随机初始化种群开启搜索过程，设第i个蜜源为：
35、xi＝(xi,1，xi,2，…，xi,d),i∈{1,2,…,sn} (7)
36、式中，sn为群体规模，d为优化问题维度，则xi可由下式生成：
37、
38、式中，和分别代表优化问题的第j维边界，rand(0,1)为[0，1]范围内的随机均匀数。该方法是建立在特雷什科和洛恩加罗夫建立的蜜蜂捕食行为模型基础上的，主要包括三个基本要素：雇佣蜂，观察蜂，以及蜜源。雇佣蜂和观察蜂是在蜂窝周围寻找蜜源也就是搜索求解问题的解。雇佣蜂会在整个搜索空间内勘探新蜜源，通过下式所示的解搜索方程来更新蜜源位置：
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【技术保护点】
1.一种近断层脉冲型地震动参数识别及随机模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种近断层脉冲型地震动参数识别及随机模拟方法，其特征在于，步骤S1中，采用等效速度脉冲模型对地震动速度脉冲进行拟合：
3.根据权利要求1所述的一种近断层脉冲型地震动参数识别及随机模拟方法，其特征在于，步骤S4中，相对累积能量E(t)采用下式计算:
4.根据权利要求1所述的一种近断层脉冲型地震动参数识别及随机模拟方法，其特征在于，
5.根据权利要求1所述的一种近断层脉冲型地震动参数识别及随机模拟方法，其特征在于，步骤S9，步骤S8得到的脉冲参数代入式(1)的等效速度脉冲模型获得近断层脉冲型地震动低频部分的加速度时程；
【技术特征摘要】
1.一种近断层脉冲型地震动参数识别及随机模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种近断层脉冲型地震动参数识别及随机模拟方法，其特征在于，步骤s1中，采用等效速度脉冲模型对地震动速度脉冲进行拟合：
3.根据权利要求1所述的一种近断层脉冲型地震动参数识别及随机模拟方法，其特征在于，步骤s4中...
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