空間變化地震動(dòng)下變形敏感大跨度結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析.pdf

1、大跨度結(jié)構(gòu)是人類現(xiàn)代文明的重要組成部分，負(fù)有重要的社會(huì)職能，它們的安全性受到了格外的重視。地震時(shí)地面運(yùn)動(dòng)是一個(gè)復(fù)雜的時(shí)間一空間過(guò)程，以前的抗震設(shè)計(jì)研究往往把注意力放在地震動(dòng)的時(shí)變特性上，而對(duì)地震動(dòng)的空間變化特性考慮較少。行波效應(yīng)、不相干效應(yīng)和局部場(chǎng)地效應(yīng)是地震動(dòng)空間變化主要原因。對(duì)于平面尺寸較大的結(jié)構(gòu)物，考慮地面運(yùn)動(dòng)的空間變化是一種更加合理的輸入方式。 本文主要圍繞空間變化地震動(dòng)下變形敏感大跨度結(jié)構(gòu)的響應(yīng)分析展開(kāi)。 在對(duì)

2、本領(lǐng)域研究理論進(jìn)行系統(tǒng)綜述(第一章)的基礎(chǔ)上，本文第二章主要討論地震地面運(yùn)動(dòng)隨機(jī)過(guò)程模型及參數(shù)的確定。在本章中，首先回顧了常見(jiàn)的地震動(dòng)隨機(jī)模型，歸納總結(jié)了基于過(guò)濾白噪聲模型的改進(jìn)模型，并對(duì)它們的濾波特性，低頻特性及高頻特性進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)合隨機(jī)振動(dòng)的最大反應(yīng)估計(jì)理論求解單自由度體系在平穩(wěn)地震動(dòng)輸入下的反應(yīng)譜，運(yùn)用等效平穩(wěn)的方法求解非平穩(wěn)地震動(dòng)輸入下的反應(yīng)譜。運(yùn)用隨機(jī)振動(dòng)的理論，采用迭代法實(shí)現(xiàn)了功率譜與反應(yīng)譜轉(zhuǎn)換。以我國(guó)現(xiàn)行《建筑抗震設(shè)

3、計(jì)規(guī)范》(GB50011-2001)給出的建筑結(jié)構(gòu)地震影響系數(shù)曲線為目標(biāo)反應(yīng)譜，采用迭代法編制了規(guī)范反應(yīng)譜轉(zhuǎn)換為功率譜程序RSTOPS，進(jìn)而形成了與規(guī)范反應(yīng)譜相對(duì)應(yīng)的功率譜庫(kù)。運(yùn)用非線性擬合的最小二乘法對(duì)功率譜庫(kù)曲線進(jìn)行洪峰一江近仁譜的參數(shù)擬合，給出了高通濾波器參數(shù)ω<,h>和譜強(qiáng)因子G<,0>的數(shù)值。 第三章主要討論了一致及多點(diǎn)激勵(lì)地震動(dòng)合成方法。在本章中，首先回顧了地震動(dòng)三要素及其衡量的物理量。介紹了擬合反應(yīng)譜的一致激勵(lì)人工

4、波合成原理，提出了功率譜與幅值譜聯(lián)合調(diào)整的方法，編制了與規(guī)范反應(yīng)譜相一致人工地震波合成程序。運(yùn)用隨機(jī)過(guò)程的理論推導(dǎo)了多點(diǎn)地震動(dòng)的幅值譜及相位譜與互功率譜矩陣元素之間的關(guān)系，通過(guò)對(duì)互功率譜密度函數(shù)矩陣的簡(jiǎn)化，提出了一種多點(diǎn)地震動(dòng)合成的簡(jiǎn)化方法。該方法只需要對(duì)遲滯相干函數(shù)這一實(shí)對(duì)稱矩陣進(jìn)行Cholesky分解，不需要對(duì)互功率譜矩陣這一復(fù)數(shù)矩陣進(jìn)行分解，避免了復(fù)雜的復(fù)數(shù)矩陣運(yùn)算，從而提高了合成的效率。運(yùn)用這一簡(jiǎn)化方法編制了多點(diǎn)地震動(dòng)合成程序。

5、 第四章主要討論了多點(diǎn)激勵(lì)時(shí)程分析法及其應(yīng)用。在本章中，首先介紹了多點(diǎn)地震動(dòng)激勵(lì)下結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方程及一種無(wú)條件收斂的數(shù)值求解方法：Wilson-θ法。本章的重點(diǎn)是以某體育場(chǎng)大跨度拱式鋼結(jié)構(gòu)為工程背景，運(yùn)用時(shí)程分析法對(duì)其進(jìn)行計(jì)算分析。主要內(nèi)容包括：有限元模型的建立，時(shí)程分析所需一致及多點(diǎn)激勵(lì)地震波的合成，大質(zhì)量法在多點(diǎn)激勵(lì)時(shí)程分析法的實(shí)現(xiàn)，分析了計(jì)算結(jié)果并得出了一些結(jié)論。 第五章主要探討了多點(diǎn)激勵(lì)反應(yīng)譜分析方法及其應(yīng)用。在本

6、章中，首先介紹了一致及多點(diǎn)激勵(lì)反應(yīng)譜的基本原理。對(duì)比分析了常用的多點(diǎn)激勵(lì)反應(yīng)譜分析方法：B-K法，H-V法，MSRS法及Y-T法。MSRS(Multiple-Support ResponseSpectrum Method)法是基于嚴(yán)格的隨機(jī)振動(dòng)理論推導(dǎo)出來(lái)的，因此理論依據(jù)充分，可以看作CQC方法在多點(diǎn)激勵(lì)情況下的推廣。本章采用MSRS方法計(jì)算了兩種形式的兩跨連續(xù)梁：柔性梁和剛性梁，分析了空間變化地震動(dòng)對(duì)這兩種形式梁反應(yīng)的影響特點(diǎn)并得出了