一种用于跨断层地震波的地震模拟振动台试验控制方法技术

本发明专利技术公开了一种用于跨断层地震波的地震模拟振动台试验控制方法，将跨断层地震波动力部分和拟静力部分采用滤波的方法进行分离，将高频加速度输入系统获得高频位移驱动信号，在此基础上叠加低频拟静力位移时程，从而获得宽频位移驱动信号，并将其输入振动台控制系统，实现对振动台的控制，完成跨断层地震波的振动台试验模拟。本发明专利技术兼顾了跨断层地震波加速度与拟静力位移两个方面的要求，能够实现跨断层地震波的地震模拟振动台精确再现。

A Shaking Table Test Control Method for Seismic Simulations of Cross-fault Seismic Waves

The invention discloses a shaking table test control method for Seismic Simulation of cross-fault seismic wave, which separates the dynamic part and quasi-static part of cross-fault seismic wave by filtering method, obtains high-frequency displacement driving signal from high-frequency acceleration input system, superimposes low-frequency quasi-static displacement time history on the basis of which, obtains wide-frequency displacement driving signal and inputs it. The shaking table control system realizes the control of the shaking table and completes the shaking table test simulation of cross-fault seismic wave. The invention takes into account the requirements of acceleration and quasi-static displacement of cross-fault seismic wave, and can realize accurate reproduction of cross-fault seismic simulation shaking table.

【技术实现步骤摘要】
一种用于跨断层地震波的地震模拟振动台试验控制方法
本专利技术涉及一种地震模拟振动台试验控制方法，特别是一种针对跨地震断层破裂带结构的地震模拟振动台试验方法，属于建筑结构抗震试验

技术介绍
跨断层地震动区别于普通的地震动主要有两个方面：第一，断层两侧地面运动差异性较大，即跨断层地震动是一种非一致激励，并且这种非一致激励激振点之间的差异性有别于行波效应、场地效应等传统意义上的非一致激励，在地震波的强度、波形及频谱等方面均有较大差异。第二，断层破裂带两侧地面永久位移，这种地面永久位移由地震断层错动所致，在位移时程上表现为强震之后平行于时间轴的平台段，即跨断层地震动的激振点之间会产生准静态相对位移。桥梁、隧道以及管线等长线形结构在跨断层地震动作用下将遭受到两个方面的威胁：强震引起的结构惯性力效应以及地面永久位移对结构产生的强迫变形。常规的地震模拟振动台试验地震波输入控制方法通常采用直接输入加速度时程或者直接输入位移时程，通过系统矩阵计算出位移驱动信号并输入地震模拟振动台控制系统即可实现地震波的高精度再现。然而，上述方法无法有效实现跨断层地震波的振动台试验模拟。如果采用直接输入加速度时程的方法，则由于振动台工作频率的原因，准静态地面永久位移的模拟将无法实现；如果采用直接输入位移时程的方法，则模拟的加速度会产生较大误差，通常无法达到精度要求。为了实现跨断层地震波的振动台试验模拟，需要一种能够同时兼顾加速度和位移两方面要求的振动台试验控制方法。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术公开了一种能模拟跨断层地震动复杂运动特征的振动台台阵试验控制方法，特别适用于桥梁、隧道以及管线等结构或构筑物在考虑跨越断层地表破裂带情况时的地震模拟振动台试验。该方法可以避免常规地震模拟振动台试验控制方法用于跨断层结构振动台试验时的缺陷，能够同时兼顾跨断层地震波加速度与位移两方面的要求。为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案：一种用于跨断层地震波的地震模拟振动台试验控制方法，其通过滤波将跨断层地震波进行高、低频分离，将高频加速度输入系统获得高频位移驱动信号，在此基础上叠加低频准静态位移时程，从而获得宽频位移驱动信号并控制振动台，实现跨断层地震波的地震模拟振动台模拟。主要包括以下步骤：步骤1、准备一组跨断层地震波，根据试验要求进行必要的处理，生成基准波；步骤2、对基准波进行滤波，获得高频加速度信号和低频位移信号；步骤3、对基准波高频加速度信号进行调幅，并输入系统计算位移驱动信号，获得高频位移驱动信号；步骤4、对基准波的低频位移信号进行调幅，获得目标低频位移时程；步骤5、将高频位移驱动信号与低频目标位移时程进行叠加，生成宽频位移驱动信号；步骤6、通过宽频位移驱动信号实现对振动台的控制，完成试验。所述步骤1具体为：准备一组跨断层地震波，根据试验要求对其进行时间缩尺、信号重采样等准备工作，必要时对其位移时程末尾归零，从而生成基准波（包括加速度时程和位移时程）；所述步骤2具体为：对基准波加速度时程进行高通滤波，对基准波位移时程进行低通滤波，获得基准波的高频加速度信号和低频位移信号，根据经验，截止频率可以取0.5Hz；所述步骤3具体为：对基准波高频加速度信号进行调幅，调整至台面目标加速度峰值，并将调幅后的高频加速度时程输入系统计算位移驱动信号，必要时进行迭代操作，获得高频位移驱动信号；所述步骤4具体为：对基准波的低频位移信号进行调幅，获得目标地面永久位移的低频位移时程，目标地面永久位移可以根据试验需要选取；所述步骤6具体为：将步骤5生成的宽频位移驱动信号输入地震模拟振动台控制系统实现对振动台的控制，完成跨断层地震波的振动台模拟。本专利技术的有益效果是：（1）所生成的宽频位移驱动信号包含了地面永久位移信息，避免了直接输入加速度时的控制方法时准静态位移成分的丢失，使得试验模拟的地震波能够体现实际跨断层地震波激振点之间的相对位移；（2）所生成的宽频位移驱动信号中包含了由加速度信号生成的高频位移驱动信号，因此相比直接输入位移时程的控制方法，本专利技术所提出的技术方案能够保留更精确的地面加速度信息，地震波加速度能够得到更精确的再现。附图说明图1是本专利技术的基本操作流程图。图2是使用本专利技术步骤2生成的高频加速度信号实例。图3是使用本专利技术步骤4生成的低频位移信号实例。图4是使用本专利技术步骤3生成的高频位移驱动信号实例。图5是使用本专利技术步骤5生成的宽频位移驱动信号实例。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本专利技术，应理解下述具体实施方式仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。（1）根据试验目的选取一组跨断层地震波，包含断层破裂带两侧的地震动时程。可以选用天然波，亦可采用人工波，具体要求为能够体现断层破裂带两侧地面永久位移。对所选取的跨断层地震波进行必要的处理工作，如根据振动台试验要求进行时间缩尺、信号重采样，必要时对其位移时程末尾归零，从而生成基准波（包括加速度时程和位移时程）。（2）对基准波加速度时程进行高通滤波，对基准波位移时程进行低通滤波，获得基准波的高频加速度信号和低频位移信号，根据经验，截止频率可以取0.5Hz。此步骤目的在于将基准波的动力成分和静力成分分离，即将地面永久位移从基准波中分离出来，如图2和图3所示。（3）对基准波高频加速度信号进行调幅，调整至台面目标加速度峰值，并将调幅后的高频加速度时程输入系统计算位移驱动信号，必要时进行迭代操作，获得高频位移驱动信号，如图4所示。此步骤目的在于获得以输入加速度信号为目标的位移驱动信号。（4）对基准波的低频位移信号进行调幅，获得目标低频位移时程。此步骤通过对低频位移信号的调幅可以实现对地面永久位移的量化控制。（5）将步骤3生成的高频位移驱动信号与步骤4生成的目标低频位移时程进行叠加，生成宽频位移驱动信号，如图5所示。此步骤的叠加过程在时域内完成，得到的宽频位移驱动信号既包含了强震引起的地面高频振动信息，也包含了断层错动引起的地面永久位移。（6）将步骤5生成的宽频位移驱动信号输入地震模拟振动台控制系统实现对振动台的控制，完成跨断层地震波的振动台模拟。最后应说明的是，以上
技术实现思路
以及操作实例仅用于说明本专利技术，并非限制本专利技术所描述的技术方案。本专利技术所述的技术方案亦可用于需要实现准静态位移情况下的地震模拟振动台的控制，所涉及问题的解决均应涵盖在本专利技术的权利要求范围当中。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于跨断层地震波的地震模拟振动台试验控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、准备一组跨断层地震波，根据试验要求处理生成基准波；步骤2、对基准波进行滤波，获得高频加速度信号和低频位移信号；步骤3、对基准波高频加速度信号进行调幅，并输入系统计算位移驱动信号，获得高频位移驱动信号；步骤4、对基准波的低频位移信号进行调幅，获得目标低频位移时程；步骤5、将高频位移驱动信号与低频目标位移时程进行叠加，生成宽频位移驱动信号；步骤6、通过宽频位移驱动信号实现对振动台的控制，完成试验。

【技术特征摘要】
1.一种用于跨断层地震波的地震模拟振动台试验控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、准备一组跨断层地震波，根据试验要求处理生成基准波；步骤2、对基准波进行滤波，获得高频加速度信号和低频位移信号；步骤3、对基准波高频加速度信号进行调幅，并输入系统计算位移驱动信号，获得高频位移驱动信号；步骤4、对基准波的低频位移信号进行调幅，获得目标低频位移时程；步骤5、将高频位移驱动信号与低频目标位移时程进行叠加，生成宽频位移驱动信号；步骤6、通过宽频位移驱动信号实现对振动台的控制，完成试验。2.根据权利要求1所述的用于跨断层地震波的地震模拟振动台试验控制方法，其特征在于：所述步骤1具体为：准备一组跨断层地震波，根据试验要求对其进行时间缩尺、信号重采样的准备工作，必要时对其位移时程末尾归零，从而生成基准波。3.根据权利要求1所述的用于跨断层地震波的地震模拟振动台试验控制方法，其特征在于：所述步骤1生成的基准波包括加速度时程和位移时程。4.根据权利要求1所述的用于跨断层地...

【专利技术属性】
技术研发人员：宗周红，林元铮，潘飞，林津，陈宜言，唐光武，陈忆前，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32