隔震結構非平穩(wěn)隨機地震響應與抗傾覆易損性計算方法研究.pdf

1、隔震是在強震作用下減小結構發(fā)生破壞的最具潛能的技術之一。它不但被廣泛應用在公寓、辦公樓、醫(yī)院、學校等新建建筑中，而且在改善現(xiàn)有橋梁、具有歷史紀念價值的古建筑的抗震性能方面，也頗具吸引力。1995年阪神地震之后，隔震建筑的數量急劇增加，一些形式復雜的新型隔震結構不斷涌現(xiàn)，如高層隔震結構、復合隔震結構、層間隔震結構等，這些都給隔震建筑的設計帶來新的挑戰(zhàn)。由于地震具有隨機性，將隨機振動方法應用到工程結構地震響應分析中具有顯著的優(yōu)勢。在均勻調制

2、/完全非平穩(wěn)地震作用下，基于虛擬激勵法(PEM)和等效線性化法(ELM)的求解方法，本文提出了幾種特殊隔震結構隨機地震響應的計算方法，并對高層基礎隔震結構的抗傾覆問題做了易損性分析。具體內容如下：
　　⑴基礎隔震多自由度滯遲系統(tǒng)非平穩(wěn)隨機地震響應分析。基于虛擬激勵法和等效線性化技術，計算了基礎隔震的多自由度滯遲系統(tǒng)在均勻調制非平穩(wěn)/完全非平穩(wěn)隨機激勵下的地震響應。虛擬激勵法把求解非平穩(wěn)隨機振動問題轉化為普通的動力響應時間歷程分析。

3、對于均勻調制的非平穩(wěn)隨機振動問題，通過構造混合型精細時程積分的格式求解，對于完全非平穩(wěn)隨機振動問題，采用Runge-Kutta法求解。將虛擬激勵法計算的結果與Monte Carlo計算的結果相比較，發(fā)現(xiàn)吻合較好，從而驗證了虛擬激勵法求解此類問題的有效性。
　?、苹谌S有限元模型的基礎隔震結構非平穩(wěn)隨機地震響應計算方法。對于大型復雜的基礎隔震建筑，基于三維有限元模型，推導了求解其非平穩(wěn)地震響應的運動方程，特別是針對非偏心或輕微偏心

4、的隔震建筑，通過滯遲變量的凝聚和靜力校正技術，提出了一種求解其非平穩(wěn)隨機響應的高效算法。由于隔震結構底部筏體的剛度遠遠大于隔震支座的水平剛度，對于非偏心或輕微偏心的隔震建筑，我們假定相同類型的隔震支座在相同方向上產生的滯遲變量的大小相等，這樣使得描述隔震支座滯遲特性的滯遲變量僅與隔震支座的類型相關而與隔震支座的數量沒有必然關系，大大減少了等效微分方程組的數量，提高了非平穩(wěn)隨機振動的效率;與此同時，采用靜力校正技術，使得既考慮了高階振型對

5、結構響應的影響，又沒有顯著增加問題的計算量，達到事半功倍的效果。最后，使用本文所提方法計算了一個簡單的基礎隔震的框架結構的隨機響應，并利用Monte Carlo法驗證了本文算法的正確性。
　?、菍娱g隔震結構考慮P-△效應地震響應的計算方法。通過引入層間隔震結構的幾何剛度陣，提出了層間隔震系統(tǒng)考慮P-△效應地震響應的計算方法。隔震層在強震作用下會形成較大的層間變形，在軸向荷載作用下，將在隔震支座兩端形成較大的附加彎矩，通過構造水平力

6、偶來代替P-△效應所形成的附加彎矩，從而得到層間隔震系統(tǒng)的幾何剛度陣。在層間隔震地震響應計算時，只需要在原來結構剛度矩陣的基礎上疊加這個幾何剛度矩陣，就可以按照逐步積分法求得考慮P-△效應的層間隔震結構的地震響應，免除P-△效應計算所需要的迭代運算步驟，提高了計算效率。利用虛擬激勵法計算了層間隔震結構在均勻調制非平穩(wěn)激勵下的地震響應，討論了不同場地類別和設計地震分組下，P-△效應對層間隔震結構地震響應的影響;利用時程分析法研究了在近斷層

7、地震作用下，P-△效應對層間隔震結構地震響應的影響，研究表明:P-△效應會對隔震系統(tǒng)的下部結構帶來巨大的安全隱患，特別是在近斷層地震動作用下，顯得尤為突出。
　?、雀邔痈粽鸾Y構抗傾覆易損性計算方法。利用首次破壞準則，基于三維有限元模型，建立了高層基礎隔震建筑各個隔震支座在地震作用下發(fā)生抗傾覆破壞的概率的計算方法。研究了地震波傳播方向、隔震后的基本周期、壓應力限值、隔震層的附加阻尼比、場地特性和設計地震分組等因素對隔震支座抗傾覆破壞