本发明专利技术实施例提供了一种获得地震动样本的方法和装置，涉及地震工程领域，能够获得与天然地震动具有相同非平稳特性的地震动样本，所述方法包括：获取预先存储的天然地震动记录的瞬时幅值和瞬时相位；对所述瞬时相位进行解卷；采用傅立叶（Fourier）变换获取所述解卷后的瞬时相位的幅值谱和相位谱；采用所述相位谱的高频分量构造随机频率过程；采用所述随机频率过程、所述幅值谱及所述相位谱的低频分量构造随机相位过程；根据所述瞬时幅值与所述随机相位过程获得地震动随机过程；根据所述地震动随机过程获得地震动样本。本发明专利技术可用于抗震设计领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及地震工程领域，尤其涉及一种获得地震动样本的方法和装置。
技术介绍
重要工程结构，如超高层建筑、核电站、海洋平台、大跨度桥梁、大型水坝和储液罐等的抗震设计需要进行动力时程分析，以确定工程结构在可能遭受的地震作用下动力响应的全过程，进而实现抗震设防目标。动力时程分析需要一定数量的、并且满足一定地震环境及场地条件的地震动加速度时程作为结构动力反应分析的输入。然而，天然的强震观测记录数量非常有限，无法满足实际工程的多种需求，因此需要利用数值方法进行地震动的模拟，以生成大量满足一定工程特性的样本地震动。传统的非平稳地震动模拟方法可大致分为4大类基于时域调制的方法、基于演 变谱的方法、基于相位差谱的方法以及基于自回归滑移平均模型(ARMA)的方法。上述大部分地震动随机模拟方法主要是将给定天然地震动视为某一随机过程的一个样本，对该样本进行数据分析，从中提取出某一复杂变化的物理量(通常是相位或相位差)作为描述地震动随机性的随机变量并研究其频数分布，进而构造该随机变量的概率模型，并据此最终确定地震动的随机过程模型。然而在该过程中，需要对原始地震动进行非常繁琐的参数估计。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供一种获得地震动样本的方法和装置，能够获得与天然地震动具有相同非平稳特性的地震动样本，无需繁琐的参数估计过程。为达到上述目的，本专利技术的实施例采用如下技术方案一种获得地震动样本的方法，包括获取预先存储的天然地震动记录的瞬时幅值和瞬时相位；对所述瞬时相位进行解卷；采用傅立叶变换获取所述解卷后的瞬时相位的幅值谱和相位谱；采用所述相位谱的高频分量构造随机频率过程；采用所述随机频率过程、所述幅值谱及所述相位谱的低频分量构造随机相位过程;根据所述瞬时幅值与所述随机相位过程获得地震动随机过程；根据所述地震动随机过程获得地震动样本。一种获得地震动样本的装置，包括第一获取单元，用于从预先存储的天然地震动记录获取所述天然地震动记录的瞬时幅值和瞬时相位；解卷单元，用于对所述第一获取单元获取的瞬时相位进行解卷；第二获取单元，用于采用傅立叶变换获取所述解卷单元解卷后的瞬时相位的幅值谱和相位谱；第一构造单元，用于采用所述第二获取单元获取的相位谱的高频分量构造随机频率过程；第二构造单元，用于采用所述第一构造单元构造的随机频率过程、所述第二获取单元获取的幅值谱及所述第二获取单元获取的相位谱的低频分量构造随机相位过程；第一获得单元，用于根据所述第一获取单元获取的瞬时幅值与所述第二构造单元构造的随机相位过程获得地震动随机过程；第二获得单元，用于根据所述地震动随机过程获得地震动样本。本专利技术实施例提供的获得地震动样本的方法和装置，通过获取预先存储的天然地震动记录的瞬时幅值和瞬时相位，进而构造随机相位过程，瞬时幅值能够反映天然地震动记录的强度非平稳特性，而随机相位过程则能够反映天然地震动记录的频率非平稳特性，最后根据所述瞬时幅值与所述随机相位过程获得地震动随机过程，进而获得与原始的天然 地震动记录具有相同非平稳特性的一系列地震动样本。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图I为本专利技术实施例提供的一种获取地震动样本的方法；图2为本专利技术实施例提供的另一种获取地震动样本的方法；图3为本专利技术实施例提供的一种获取地震动样本的装置。具体实施例方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术实施例提供了一种获得地震动样本的方法，如图I所示，包括101、获取预先存储的天然地震动记录的瞬时幅值和瞬时相位。所述预先存储的天然地震动记录指与要进行抗震设计的工程结构所在的场地具有相似地震环境和场地条件的天然地震动记录，其中天然地震动记录指利用强震仪记录到的天然地震产生的地震动加速度、速度或位移的时间过程。可以采用多种方式获取预先存储的天然地震动记录的瞬时幅值和瞬时相位，其中优选的，可采用希尔伯特(Hilbert)变换获取所述预先存储的天然地震动记录的瞬时幅值和瞬时相位。当然本专利技术实施例对此是不作限定的，本领域技术人员可根据本领域公知常识或常用技术手段获取所述预先存储的天然地震动记录的瞬时幅值和瞬时相位。具体但不限于此的，所述采用希尔伯特变换从预先存储的天然地震动记录获取所述天然地震动记录的瞬时幅值和瞬时相位包括使用下列公式获取所述天然地震动记录的瞬时幅值和瞬时相位，_=_=arctan载，少(/)=啦(/)]=士pi^r;其中，a^t)表示瞬时幅值，9 / 0(t)表示瞬时相位，Xtl (t)表示预先存储的天然地震动记录，H表示希尔伯特变换，P表示取广义积分的柯西主值。该步骤中，首先对预先存储的天然地震动记录进行希尔伯特变换，得到变换结果Y0⑴，然后再分别通过公式&= jXo2(0 + w(0和砵(0 = arctan，获得瞬时幅值％⑴和瞬时相位0 ' o(t)。102、对所述瞬时相位进行解卷；对所述瞬时相位进行解卷以获得解卷后的瞬时相位。103、采用傅立叶(Fourier)变换获取所述解卷后的瞬时相位的幅值谱和相位谱。在本步骤中，可以基于傅立叶变换获取所述解卷后的瞬时相位的幅值谱和相位 P曰。具体但不限于此的，所述傅立叶变换获取所述解卷后的瞬时相位的幅值谱和相位谱包括使用下列公式获取所述解卷后的瞬时相位的幅值谱和相位谱，4,,(/) = VRe2[^(./)]Msn2[^(./')]，= 31013,1 Re[A(/)]，n0(f) = J■二0Q(t)exp(-HnfOdt ；其中，Ae；0(f)表示解卷后的瞬时相位的幅值谱，O (f)表示解卷后的瞬时相位的相位谱，ha)表示解卷后的瞬时相位，Re表示取复数的实部，Im表示取复数的虚部，i表示虚数单位，I2=-Io该步骤中，首先对解卷后的瞬时相位进行傅立叶变换，得到傅立叶变换结果\(f)，然后分别获取傅立叶变换结果的实部和虚部，最后分别通过公式^ w、/)14奶= >似。(/)] +如似0(/)]和‘(/) = ■她获得解卷后的瞬时雛的幅值谱A (f)和相位谱Q e’0(f)。104、采用所述相位谱的高频分量构造随机频率过程。其中，相位谱的高频分量可以通过多种滤波方法对所述相位谱进行滤波获得。具体但不限于此的，本步骤中使用下列公式构造随机频率过程，^ ( f ) = A ( f ) 0 ( f ) , AU、=权JJ) +奶JJ)，-I (P.., (「、i^,(/) = H[巧 (/)] = - P ,； JT 厂丫 f-T其中，W (f)表示随机频率过程，Oo.Jf)表示相位谱的高频分量，O (f)表示随机频率函数，H表示希尔伯特变换，P表示取广义积分的柯西主值。该步骤中，首先对相位谱的高频分量O e，d(f)进行希尔伯特变换，得到希尔伯特变换结果,然本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种获得地震动样本的方法，其特征在于，包括 获取预先存储的天然地震动记录的瞬时幅值和瞬时相位； 对所述瞬时相位进行解卷； 采用傅立叶变换获取所述解卷后的瞬时相位的幅值谱和相位谱； 采用所述相位谱的高频分量构造随机频率过程； 采用所述随机频率过程、所述幅值谱及所述相位谱的低频分量构造随机相位过程； 根据所述瞬时幅值与所述随机相位过程获得地震动随机过程； 根据所述地震动随机过程获得地震动样本。2.根据权利要求I所述的获得地震动样本的方法，其特征在于，所述获取预先存储的天然地震动记录的瞬时幅值和瞬时相位包括 采用希尔伯特变换获取预先存储的天然地震动记录的瞬时幅值和瞬时相位。3.根据权利要求I所述的获得地震动样本的方法，其特征在于，在所述采用所述相位谱的高频分量构造随机频率过程前，还包括 采用汉宁窗函数对所述相位谱分解，得到相位谱的高频分量和低频分量。4.根据权利要求2所述的获得地震动样本的方法，其特征在于，所述采用希尔伯特变换从预先存储的天然地震动记录获取所述天然地震动记录的瞬时幅值和瞬时相位包括 使用下列公式获取所述天然地震动记录的瞬时幅值和瞬时相位， 。。(0=，=arctan^S ’刷=HM)]=M 二; 其中,ajt)表示瞬时幅值，0 ' C1 (t)表示瞬时相位,XtlU)表示预先存储的天然地震动记录，H表示希尔伯特变换，P表示取广义积分的柯西主值。5.根据权利要求I所述的获得地震动样本的方法，其特征在于，所述采用傅立叶变换获取所述解卷后的瞬时相位的幅值谱和相位谱包括 使用下列公式获取所述解卷后的瞬时相位的幅值谱和相位谱，； 其中，AtJf)表示解卷后的瞬时相位的幅值谱，O (f)表示解卷后的瞬时相位的相位谱，0。(0表示解卷后的瞬时相位，Re表示取复数的实部，Im表示取复数的虚部，i表示虚数单位，I2=-Io6.根据权利要求3所述的获得地震动样本的方法，其特征在于，所述采用汉宁窗函数对所述相位谱分解，得到相位谱的高频分量和低频分量包括 使用下列公式得到相位谱的高频分量和低频分量， 其中，^ e,d(f)表示相位谱的低频分量，^ e,n(f)表示相位谱的高频分量，^ e,o (f)表示解卷后的瞬时相位的相位谱，Hann表示利用汉宁窗函数对信号进行低通滤波处理。7.根据权利要求I所述的获得地震动样本的方法，其特征在于，所述采用所述相位谱的高频分量构造随机频率过程包括 使用下列公式构造随机频...
【专利技术属性】
技术研发人员：张郁山，
申请(专利权)人：中国地震灾害防御中心，
类型：发明
国别省市：
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