長周期地震動作用下超高層建筑基于能量的位移預(yù)測研究.pdf

1、近年來，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，超高層建筑等長周期結(jié)構(gòu)的大量興建。近年發(fā)生的幾次強震使遠(yuǎn)離震中的高層建筑產(chǎn)生長時間的快速大幅度搖擺甚至嚴(yán)重破壞。大量研究表明：長周期地震作用下，高層建筑的動力反應(yīng)，尤其是位移和層間位移，顯著超過普通高、中頻地震作用下的反應(yīng)?！邦惞舱裥?yīng)”導(dǎo)致高層建筑經(jīng)歷了相當(dāng)大的變形，結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)已遠(yuǎn)超出設(shè)計預(yù)期。隨著結(jié)構(gòu)抗震理論研究的深入，目前對結(jié)構(gòu)地震破壞比較一致的看法是：基于最大位移反應(yīng)首次超越和塑性累積損傷的雙重破壞準(zhǔn)

2、則比較符合震害和試驗實際。研究表明：對于短周期結(jié)構(gòu)而言，結(jié)構(gòu)更易于發(fā)生累積損傷破壞，而對于長周期結(jié)構(gòu)，發(fā)生最大位移首次超越破壞的可能性更大。事實上，地震導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)變形才是結(jié)構(gòu)/非結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞的主要原因，變形指標(biāo)比強度/力指標(biāo)更能反映結(jié)構(gòu)在地震作用下的性能已成共識。估算彈塑性位移需求是基于性能/位移的抗震設(shè)計中關(guān)鍵的第一步。目前，工程中普遍采用反應(yīng)譜法計算結(jié)構(gòu)位移，目前我國還不具備通過反應(yīng)譜理論估算超高層建筑的彈塑性位移需求的條件，而時程

3、分析法又十分費時費力，難以在工程中大面積推廣應(yīng)用。能量反應(yīng)及其轉(zhuǎn)化形式簡單、計算方便，又能夠較好地反映地震動的強度、頻譜特性，特別是強震持續(xù)時間對結(jié)構(gòu)破壞的綜合影響。故本文采用能量方法來分析長周期地震動對超高層結(jié)構(gòu)的位移響應(yīng)，通過能量指標(biāo)與位移指標(biāo)得到相關(guān)性，目的是尋找與結(jié)構(gòu)位移響應(yīng)相關(guān)性最大的能量指標(biāo)，通過該能量指標(biāo)間接地預(yù)測結(jié)構(gòu)最大位移，為基于性能/位移的抗震設(shè)計奠定基礎(chǔ)。
　　本文采用miranda模型并利用SAP2000建

4、立了5個（50層、75層、100層、120層、150層，阻尼比0.01～0.03）簡化的超高層建筑模型。通過現(xiàn)有研究關(guān)于遠(yuǎn)場長周期地震動的一些特性，制定了遠(yuǎn)場長周期地震動的選波原則，選出了20條遠(yuǎn)場長周期地震動，并對其進行校正和調(diào)整。通過時程分析得到每個模型的最大頂點位移和最大層間位移，以及最大動能、最大勢能、最大輸入能、最大阻尼耗能、最大頂點位移時刻的瞬時輸入能、瞬時動能、瞬時勢能、瞬時阻尼耗能等8個能量指標(biāo)。通過相關(guān)性分析，分別得到

5、最大頂點位移和最大層間位移與這8個能量指標(biāo)之間的相關(guān)性，并分析了阻尼比對相關(guān)性的影響。本文主要工作和結(jié)論如下：
　　1、確定了遠(yuǎn)場長周期地震動的選波原則，依此原則選出了20條遠(yuǎn)場長周期地震動，并對地震動進行校正處理。
　　2、采用Miranda模型，利用SAP2000建立了五個不同高度（50層、75層、100層、120層和150層）的超高層建筑簡化模型。
　　3、對五個模型分別輸入19條長周期地震動，進行時程分析，獲得

6、不同阻尼比情況下的頂點最大位移和最大層間位移以及8個能量指標(biāo)。
　　4、分析能量指標(biāo)與位移指標(biāo)的相關(guān)性，研究結(jié)果表明：1）最大輸入能、最大阻尼耗能與最大頂點位移的相關(guān)性較差，不適合作為預(yù)測最大頂點位移的能量指標(biāo)；2）不同自振周期和不同阻尼比情況下，最大動能與最大頂點位移的相關(guān)性較好（相關(guān)系數(shù)均在0.85以上），最大動能適合作為能量指標(biāo)來預(yù)測頂點位移；3）最大勢能、瞬時輸入能和瞬時阻尼耗能與最大頂點位移相關(guān)性隨周期的增大相關(guān)性減小，