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近断层地震动论文：近断层地震动的分形特性分析【中文摘要】近断层地震动独特的向前方向性效应、滑冲效应和上盘效应等运动特征及其对工程结构的严重破坏引起了地震工程界的密切关注。地震动特性的三要素包括振幅、频谱和持时,它们与结构破坏具有紧密的联系,是工程结构抗震设计必须考虑的重要因素。但是,地震地面运动的高度不规则性和复杂性对于地震动工程特性的准确表征和理解提出了挑战。本文从分形几何的新视角出发,分析近断层地震动的不规则性和复杂性,并与地震动的频谱特征相联系。首先在单分形分析方面,分别计算和比较了台湾集集和美国北岭近断层地震动的盒维数和5个代表性周期参数。计算结果表明,这些地震动时程具有统计自仿射分形特征,而且近断层地震动的速度脉冲对其分维数和周期参数影响显著。脉冲型地震动的分维数平均值较小,无脉冲地震动的分维数平均值较大,其波形不规则程度也较高。加速度时程的盒维数D与Fourier幅值谱平均周期Tm有较强的负相关性,而速度时程的盒维数Dvel与特征周期Tc和改进的特征周期Tgi有较强的负相关性。地震动的盒维数在很大程度上反映了它的频谱特征,可以作为频谱周期的表征参数。另外,对于近断层地震动作用下单自由度体系的弹性和非弹性动力反应时程,应用盒维数法计算了其分形维数.【英文摘要】Near-fault ground motions present the forward directivity effect, fling-step effect, hanging wall effect and other kinetic characteristics, and cause severe structural damage. Thus, they draw intensive attention of the community of earthquake engineering. As is known, three main attributes of ground motions include the amplitude, frequency content and duration, which are closely related with engineering damage and are considered as important factors in structural seismic design. However, the high irregulari.【关键词】近断层地震动 频谱特征 盒维数 单自由度体系地震反应 去趋势多重分形分析 多重分形谱 奇异性【英文关键词】Near-fault ground motions Frequency property Box-counting dimension seismic responses of SDOF systems detrended Multifractal analysis (MF-DFA) Multifractal spectrum sigularity【目录】近断层地震动的分形特性分析摘要4-5Abstract5-61 绪论9-211.1 选题背景及意义9-101.2 地震动的频谱周期参数10-121.3 近断层地震动运动特性12-171.3.1 破裂向前方向性效应12-141.3.2 滑冲效应14-161.3.3 速度脉冲161.3.4 上盘效应16-171.4 分形简介17-201.5 论文主要工作20-212 单分形和多重分形的计算方法21-332.1 盒维数计算程序实现21-242.1.1 盒子标度的选择方式232.1.2 盒子标度上下限的选择23-242.2 多重分形计算程序实现24-322.2.1 多重分形谱f()242.2.2 基于标准配分函数的多重分形分析方法24-272.2.3 去趋势多重分形分析方法的程序实现27-322.3 本章小结32-333 基于盒维数法的近断层地震动分形特性分析33-513.1 代表性近断层地震动的分形维数和频谱特性33-373.1.1 代表性近断层地震动加速度时程的分形维数和频谱特性33-353.1.2 代表性近断层地震动速度时程的分形维数和频谱特性35-363.1.3 相关系数公式36-373.2 集集近断层地震动的分形维数和频谱特性37-443.3 北岭近断层地震动的分形维数和频谱特性44-493.4 本章小结49-514 脉冲型近断层地震动和SDOF系统地震响应的单分形分析51-574.1 脉冲型近断层地震动的单分形分析51-534.2 SDOF体系地震动力反应的单分形特征分析53-554.3 台湾远场地震动加速度记录的单分形特征分析55-564.4 本章小结56-575 近断层地震动的去趋势多重分形分析57-785.1 代表性地震动加速度时程的去趋势多重分形分析57-595.2 集集近断层地震动加速度时程的多重分形特征分析59-685.3 北岭近