【PBSD】人工波生成功能测试 [开源]

“即快又稳”

上周推送【编程】分段解析法及多软件反应谱求解结果对比探究[开源]分享了分段解析法并开源了反应谱求解项目。该项目中亦包含了人工波生成基本框架，结构抗震性能设计软件PBSD（【PBSD】超限工程的免费好助手：结构抗震性能设计软件PBSD功能简介，【筑信达网络课堂】【PBSD】基于PERFORM-3D的超限分析全套解决方案）在本框架的基础上开发了高效、稳定的人工波生成功能，该功能将与选波工具配套发布更新，免费提供给用户使用。

本推送将介绍人工波生成的整体框架与思路，并将PBSD人工波生成功能与商用软件YJK进行对比，最后简单介绍PBSD即将上新的地震动工具集，包含GMA（人工波生成）、GMF（天然波选波）、GMC（智能截波）及GMR（选波报告）功能。点击“阅读原文”可查看本开源项目及相关参考文献。

人工波生成原理

推送【原理与实例】人工波是如何合成的？中Enjoy已与大家分享人工波生成的大体思路，本开源项目中参考文献亦有详细阐述，因此本推送仅进行简要介绍。

生成人工波即是要构造一个即拟合规范反应谱又满足峰值加速度要求的非平稳地震动加速度时程A(t)，非平稳振动由包络函数F(t)及高斯平稳随机过程a(t)组成。根据式（2）可计算包络函数F(t)，根据式（3）至式（5）可计算高斯平稳随机过程a(t)。

由于现行规范对地震动峰值加速度（PGA）有规定，且式（5）仅是反应谱与功率谱间的拟合计算公式，因此根据上式获得的非平稳地震动A(t)在PGA及反应谱上均与规范间存在误差。为满足PGA要求，可直接对各频率的幅值进行等比例放缩；为满足反应谱要求，则需对各频率的幅值及相位进行适当的调整，分别如式（6）及式（7）所示。

式（6）与推送【原理与实例】人工波是如何合成的？中的幅值调整方法不同，增加了指数m以考虑不同频率对反应谱谱值的正负贡献，从而进行不同的调整（具体详见本开源项目中的参考文献）。对个别顽固频率点，可通过相位修正实现反向调整，从而加快收敛速度。

上述为人工波生成的基本框架，各类参数的调整将直接影响人工波生成的效果及效率。包括：幅值修正的条件、相位修正的时机、频率增量及迭代次数的选择等。开源项目中的参数及条件均非最优解，开发者可根据需求进行调整。

图1 开源项目中的人工波测试窗体

PBSD的人工波生成功能

结构抗震性能设计软件PBSD在本开源框架的基础上开发了高效、稳定的人工波生成功能，主界面如图2所示。若用户选择了设计模型，则PBSD可根据结构频谱特性创建更优质的人工波。

图2 PBSD人工波生成主界面

选择如图3所示的框架结构及剪力墙结构进行功能测试，分别采用PBSD及商用软件YJK生成10组人工波（包含主波、次波及竖向波），YJK耗时为150s而PBSD的耗时仅为65s。人工波反应谱曲线及关键频谱值对比如图4所示，基底剪力对比如图5所示。由图4及图5可知，PBSD人工波的频谱值（特别在较长周期下）及基底剪力更为稳定。

图3 测试模型

图4 频谱对比分析

图5 基底剪力对比

PBSD地震动工具集简介

PBSD即将上新的地震动工具集（如图6所示），包含GMA（人工波生成）、GMF（天然波选波）、GMC（智能截波）及GMR（选波报告）功能。所有功能将免费提供给用户使用。

图6 PBSD地震动工具集