中國地震災害防禦中心模擬多目標工程特性的地震動合成方法及其套用榮獲中國地震局2014年度防震減災科技成果獎二等獎
1.主要技術內容
基於隨機過程理論和基本結構動力學原理，本項目提出了模擬多目標工程特性的地震動合成方法；以此為基礎，研究了地震動不同特性對工程結構地震反應的影響規律。主要內容如下。
（1）地震動參數擬合方法
基於理想單自由度體系的頻響函式，利用Fourier變換構造了滿足一定條件的窄帶波包函式，以此為基礎，本項目首先提出了基於窄帶波包的地震動參數擬合方法。該方法能夠實現對多目標地震動參數較高精度的擬合，但是其較難實現對“種子”天然地震動非平穩特性的模擬。為此，本項目進一步構造了具有時域緊支性的小波函式，並最終提出了基於小波函式的地震動參數擬合方法。該方法通過處理給定的“種子”地震動，最終所得地震動樣本不僅能夠以較高的精度同時擬合多種目標地震動參數（包括多阻尼反應譜、峰值速度和峰值位移）並且包絡目標功率譜，而且具有給定“種子”地震動的非平穩特性。
（2）非平穩地震動模擬方法
本項目建立了地震動瞬時相位的隨機過程模型，以此為基礎，提出了基於Hilbert變換的非平穩地震動模擬方法。針對給定的“種子”天然地震動，該方法能夠生成一系列地震動樣本；基於非平穩信號的時頻分析原理和理想單自由度體系的彈塑性地震反應，驗證了這些地震動樣本不僅具有“種子”地震動的非平穩特性，而且能夠較好地模擬“種子”地震動對結構的影響效應。
綜合上述地震動參數擬合方法和非平穩地震動模擬方法，本項目實現了對多目標地震動工程特性的模擬：針對給定的“種子”天然地震動和目標地震動參數，能夠合成一系列地震動樣本，它們的反應譜、峰值速度和峰值位移按照一定精度擬合目標值，它們的功率譜實現對目標值的包絡，並且它們的非平穩特性與“種子”地震動相一致。
（3）地震動工程特性研究
利用上述地震動合成方法，生成了加速度反應譜相同、但其他特性具有顯著差異的不同的輸入地震動樣本集合；通過對結構地震反應的數值模擬，基於蒙特卡洛方法，研究了在加速度反應譜一致的條件下，地震動峰值速度和峰值位移、非平穩特性（包括近斷層速度脈衝特性）對結構彈塑性地震反應的影響規律。
2.授權專利情況
本項目獲國家發明專利1項。發明名稱：獲得地震動樣本的方法和裝置；專利號：ZL 2012 1 0210292.2。
3.技術經濟指標
本項目提出的地震動合成方法的主要技術指標包括：（1）地震動樣本的反應譜、峰值速度和峰值位移對目標值的擬合精度；（2）實現預定擬合精度所需的疊代運算的次數；（3）地震動樣本的功率譜對目標功率譜的包絡；（4）以Hilbert譜和Morlet小波譜作為對地震動樣本非平穩特性的量化指標，評估對天然地震動非平穩特性的模擬效果。
4.套用推廣情況
本項目的相關研究成果在核電廠、大型儲液罐、大跨度橋樑和超高層建築等重大工程的場地地震安全性評價工作和抗震設計工作中得到了廣泛的套用。
