地震動隨機模型及結構響應控制.pdf

1、本文包括兩大部分的內(nèi)容：第一部分是地面運動隨機模型及結構隨機響應分析、第二部分結構耗能減震控制。第一部分研究內(nèi)容包括：隨機地震動過程的功率譜模型的研究、采用均勻調(diào)制模型模擬地面運動過程以及基于均勻調(diào)制過程的人工地震波的合成方法研究、均勻調(diào)制過程作用下結構的隨機響應、以及振型分解標準差譜分析算法。第二部分研究了兩類新型建筑結構減震阻尼器以及一種新型阻尼減震體系,并對兩個耗能減震工程的抗震、減震分析以及大震驗算方法進行了討論。分述如下：

2、 1.考慮到工程地震學中并不關心功率譜模型與實際地震動物理過程的邏輯關系,擺脫金井清模型的思路,提出一種Markov模型。該模型構造簡單、相應的結構隨機響應的求解公式也非常簡單,簡化了求解結構隨機響應的工作,易于使用。在Markov模型的基礎上,進而發(fā)展出修正金井清譜和高階復合Markov模型,二者各具優(yōu)勢,特別是修正金井清譜,彌補了金井清模型的低頻缺陷,而高頻部分保持與金井清模型一致,可以用于替代金井清模型。 2.對于地震

3、動功率譜模型的評價不宜僅基于理想化的平穩(wěn)隨機理論的相關公式。本文提出依據(jù)功率譜模型對應的方差譜來考察功率譜模型的合理與否。即用結構響應反過來考察輸入模型是否合理,因為地震作用下結構的響應規(guī)律是很明確的。而且對于工程結構而言,地震動模型的最主要的用途就是用于求解結構的工程響應,一個能夠正確描述結構在地震作用下響應規(guī)律的地震動模型就是一個合適的模型,其他的限定條件并不重要?；诖怂悸?本文得出如下結論：在基于力的設計方法中,只要功率譜模型能

4、夠足夠接近的擬合實際地震動的平均功率譜曲線,該模型就可以用以模擬地震動過程；在基于位移的設計方法中,則需要對功率譜模型做出較為嚴格的限定。 3.提出了一種合成多目標反應譜兼容的人工地震波算法,該算法有以下四個特點：一是一次生成多條初始人工波,從中挑選最為接近目標譜的作為迭代的初值；二是考慮了針對周期控制點的迭代順序,先調(diào)整長周期分量,再調(diào)整短周期分量；三是在同一周期點中,對多個阻尼比水平的反應譜值進行擬合時采用了優(yōu)化算法；四是采

5、用調(diào)制余弦函數(shù)作為調(diào)整增量頻響函數(shù)在時域內(nèi)進行修正和迭代,調(diào)整增量頻響函數(shù)的參數(shù)可以方便的求得。該算法收斂速度快,計算效率高,合成一條滿足三阻尼比反應譜的地震波僅需1分鐘左右。 4.均勻調(diào)制模型作用的結構隨機響應很難給出解析解。本文提出了一種大質(zhì)量擴階解法,可以將一般的調(diào)制過濾白噪聲過程作用下工程結構隨機響應問題,轉化為求解均勻調(diào)制白噪聲過程作用下的隨機響應,然后給出了均勻調(diào)制白噪聲作用下的計算公式,可以方便的求解。本文給出了常

6、見的幾種功率譜模型轉化為白噪聲激勵的過濾模型,并對其有效性進行了驗證。 5.目前的設計方法是基于確定性分析,結構設計中概率意義較為模糊。本文提出振型分解標準差譜法,該方法可用于計算結構的標準差響應。在地震動為零均值高斯過程的假定下,可以獲得結構設計承載力的概率密度函數(shù),進而明確給出構件在設計地震作用下可能會發(fā)生破壞的概率分布。是對目前反應譜設計結果的有益補充和檢驗。 6.目前已有的位移型耗能裝置提供的附加阻尼大都與變形幅

7、值相關。本文提出一種變摩擦裝置,該裝置具有線性阻尼特征,而且其等效剛度為0。因而可以像粘滯阻尼器一樣既可以提供隨運動幅值變化的阻尼力,又不改變結構的振動頻率。另外,粘滯阻尼器屬于速度型,對于長周期結構其效果不如短周期結構,而本文提出的線性變摩擦裝置則正好可用于長周期結構的減震控制。通過編制非線性時程分析程序,以及在IDARC軟件中添加變摩擦滯回模型,對變摩擦阻尼器的幾種滯回模型的減震效果進行了研究。結果表明該裝置具有優(yōu)良的減震效果。

8、 7.提出一種剪切型鉛阻尼器,該阻尼器簡化了常見的鉛剪切阻尼器的構造,滯回性能穩(wěn)定,性價比高。通過有限元分析和試驗研究,深入研究了該阻尼器的耗能機理和參數(shù)影響規(guī)律。試驗表明該阻尼器性能優(yōu)良,適于在我國推廣應用,現(xiàn)已成功應用于兩個實際工程。 8.耗能減震裝置在應用中的存在缺少安裝空間的問題：一些工程由于美學或使用功能的要求,不能提供合理的安裝空間。本文提出一種建筑結構分布式阻尼減震方法,該方法可以解決常見阻尼器應用時需要較大空