基于小波多分辨率分析方法的位移设计谱研究

Displacement design spectrum is an important tool of determining the displacement seismic demand of structures for the displacement-based seismic design method. The current Chinese code (Chinese Seismic Design Code for Buildings) still does not have the provisions about the displacement design spectrum. In view of this, this project intends to carry out the research of the displacement design spectrum. Reliable ground motion processing method is extremely important to the accuracy of the displacement response spectrum. In previous studies, visual inspection was used to determine the filtering cut-off frequency in which subjective errors are significant. To solve the problem, by using the wavelet multi-resolution analysis method to analyze the long-period noise of ground motions, this project intends to propose a quantitative merthod of determining the filtering cut-off frequency. In view of the particularity of the pulse-like ground motions, this project gives the displacement design spectrum for the ordinary ground motions and that for the pulse-like ground motions respectively. For the ordinary ground motions, this project adopts speech recognition algorithm to select the ground motions that match with the Chinese code. Then, the analysis results can be easily applied in the Chinese code. For pulse-like ground motions, this project intends to propose a new method in which the spectral shape can be changed according to the pulse characteristics. The research work of this project could provide new approaches for the theoretical research of the displacement design spectra and could provide reference methods and theory basis for the Chinese code to add the relevant content about the displacement design spectra.

位移设计谱是基于位移的抗震设计方法中确定结构地震位移需求的重要途径。我国建筑抗震设计规范中尚未有关于位移设计谱的内容。鉴于此，本项目拟开展位移设计谱的研究工作。可靠的地震动数据处理方法是保证位移反应谱计算结果有效的重要前提。在前人的研究中常通过人工肉眼观察确定滤波截止频率，存在明显的主观性误差。为解决该问题，本项目拟通过小波多分辨率分析方法分析地震动长周期噪声，提出一种定量计算滤波截止频率的方法。鉴于脉冲型地震动的特殊性，本项目拟分别给出普通类型地震动和脉冲型地震动的位移设计谱。在普通类型地震动的研究中，本项目拟通过语音识别算法筛选与我国规范相匹配的地震动，使分析结果更便于应用于我国规范。在脉冲型地震动的研究中，本项目拟提出一种能基于脉冲特性调整谱形态的新型位移设计谱方法。本项目的研究工作能为位移设计谱方法的理论研究提供新思路，也能为我国规范增加位移设计谱的相关内容提供方法参考和理论依据。

位移设计谱是基于位移的抗震设计方法中确定结构地震位移需求的重要依据，并可为抗震韧性设计和性态设计等理念的实施提供关键技术支撑。本项目围绕位移设计谱研究中尚未解决的若干关键科学问题逐步展开，主要工作可归结为以下5个方面：1）系统讨论了地震动数据处理方法对位移反应谱的影响，基于小波分析中的多分辨率分析方法提出了一种计算地震动高通滤波截止频率的方法，可有效去除地震动中的长周期噪声，确保了位移反应谱计算结果的准确性；2）系统研究了地震动数据选取方法以提高最终结果的有效性，基于孪生卷积神经网络提出了一种选取谱匹配地震动的方法，相比于传统方法该方法所选数据与目标设计谱之间的差异更小；3）为单独分析脉冲型地震动和非脉冲型地震动的位移谱，基于孪生卷积神经网络提出了一种自动识别脉冲型地震动的方法，与前人方法相比该方法易于更新，可最大限度避免误分类现象的产生；4）基于小波分析方法提取速度脉冲，系统分析了速度脉冲对脉冲型地震动非弹性位移比谱的影响，并提出了一种可同时考虑脉冲型地震动非弹性位移比第二峰值幅值和位置的回归模型；5）为便于实际工程应用，在我国现行抗震设计规范不变的前提下，通过增加控制点周期TD和PGD，提出了一种适用于我国规范的位移设计谱方法，并基于实测地震动数据给出了相关参数的取值。本项目的研究工作可为基于位移的抗震设计中计算建筑结构的地震位移需求提供方法参考和理论依据。