本发明涉及地震学领域，尤其是一种地震动随机模拟时域非平稳性改进方法。
背景技术：
1、地震动对结构地震响应有直接影响，因此其对城市建筑结构、基础设施的地震危险性评估、结构设计与风险分析至关重要。目前，获得用于结构时程反应分析地震动最直接的方法是从现有地震动数据库中挑选并且调幅，但是这种方法改变了地震动特征与原始物理条件(如震级、路径、场地)之间的关系，可能导致挑选出的地震动的特征与真实地震事件中观察到的地震动特征之间的具有显著差异。因此，开展地震动模拟是一种更合理的方法。
2、地震动随机模拟方法将地震学原理与随机过程相结合，具有使用简便，模拟频带宽等优点，被广泛地应用于实际工程的地震动模拟中。其基本原理是通过对高斯白噪声加窗来产生地震动初始波形，并对其傅里叶幅值谱进行调制得到最终地震动。然而，窗函数的形状参数通常采用固定值，导致不同地震场景下模拟结果的时域波形十分相似，对地震动时域非平稳性的表达不足。因此提出一个地震动随机模拟时域非平稳性改进方法。
技术实现思路
1、本发明的目的是为了解决随机模拟方法对于模拟地震动时域非平稳性表达不足的缺陷，而提供一种地震动随机模拟时域非平稳性改进方法。
2、本申请提供了一种地震动随机模拟时域非平稳性改进方法，包括如下步骤：
3、(1)提取特征地震动；
4、(2)计算目标傅里叶幅值谱；
5、(3)计算目标波形参数；
6、(4)生成目标地震动相位谱；
7、(5)计算最终地震动。
8、进一步地，提取特征地震动，利用主成分分析对地区地震动数据库进行降维，得到一组正交的特征地震动，其可通过下式线性叠加产生新的地震动：
9、
10、其中，t为时刻，a(t)为特征地震动叠加产生的新地震动，n为特征地震动的数量，ei表示第i个特征地震动，ki表示其对应的叠加系数。
11、进一步地，计算目标傅里叶幅值谱：
12、
13、在上式中，y(m0,r,f)表示目标傅里叶幅值谱，c表示比例系数，fc表示拐角频率，m0表示地震矩，f表示频率，r表示距离，z(r)表示几何扩散系数，q(f)表示品质因子，a(f)表示场地放大系数，β表示剪切波速，κ表示高频衰减系数。
14、进一步地，计算目标波形参数，使用两个参数控制波形，分别为重要持时d，与峰值出现的相对位置p，其中目标重要持时通过如下公式计算：
15、ln(d)＝1.736+fm,r-0.242ln(vs30)-0.007ztor
16、其中，vs30为地下30m平均剪切波速，ztor为断层埋深，fm,r通过下式计算：
17、
18、式中mw为矩震级，rs为断层距与150km中的最小值，rf为断层距与150km中的最大值；
19、对于波形参数p，由于其与震级、距离等因素无明显函数关系，因此本发明基于数据统计方法建立了其随机分布模型：
20、
21、其中，p满足exponweib分布，a,b,l,s均为该分布的模型参数，p通过该分布模型随机抽样获得。
22、进一步地，生成目标地震动相位谱，首先建立包含目标波形参数的目标函数(of)：
23、ofd＝|dtarget-da(t)
24、ofp＝|ptarget-pa(t)
25、其中，dtarget，ptarget分别表示目标重要持时与目标峰值出现相对位置，da(t)与pa(t)分别为特征地震动叠加产生的新地震动a(t)的重要持时和峰值出现相对位置，利用多目标遗传算法求解叠加系数ki，得到满足目标地震动波形参数的地震动a(t),并对其进行傅里叶变换获得其相位谱。
26、进一步地，计算最终地震动，将相位谱与幅值谱进行傅里叶逆变换得到最终地震动时程，并于真实记录与当前随机模拟方法的结果进行对比。
27、本发明的有益效果是：本发明基于随机模拟方法与地震动波形参数统计规律，提出一种地震动随机模拟时域非平稳性改进方法，建立了包含地震动波形参数的目标函数，利用多目标遗传算法获得更加合理的相位谱，使用本发明的模拟结果与真实记录的波形更加吻合。本发明能够解决随机模拟方法对于模拟地震动时域非平稳性表达不足的缺陷。
1.一种地震动随机模拟时域非平稳性改进方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种地震动随机模拟时域非平稳性改进方法，其特征在于，提取特征地震动，利用主成分分析对地区地震动数据库进行降维，得到一组正交的特征地震动，其可通过下式线性叠加产生新的地震动：
3.根据权利要求1所述的一种地震动随机模拟时域非平稳性改进方法，其特征在于，计算目标傅里叶幅值谱：
4.根据权利要求1所述的一种地震动随机模拟时域非平稳性改进方法，其特征在于，计算目标波形参数，使用两个参数控制波形，分别为重要持时d，与峰值出现的相对位置p，其中目标重要持时通过如下公式计算：
5.根据权利要求1所述的一种地震动随机模拟时域非平稳性改进方法，其特征在于，生成目标地震动相位谱，首先建立包含目标波形参数的目标函数(of)：
6.根据权利要求1所述的一种地震动随机模拟时域非平稳性改进方法，其特征在于，计算最终地震动，将相位谱与幅值谱进行傅里叶逆变换得到最终地震动时程，并于真实记录与当前随机模拟方法的结果进行对比。
