地震动摇摆分量对高柔结构地震响应的影响研究

摘要

目前高柔结构是主要的设计建造结构形式，也是今后城市建设发展的趋势。传统的高柔结构抗震设计仅考虑地震动水平作用，有时还会考虑地震动竖向作用，然而大量震后结构响应研究表明，地震作用后高柔结构普遍出现摇摆倾斜现象。由于高柔结构高度较大，抗侧移刚度较小，因此地震动摇摆分量对高柔结构的影响不可忽略不计。所以，地震动摇摆分量对高柔结构的影响越来越受到学者们的重视，但是仍然局限于单独考虑地震动摇摆分量对高柔结构的影响，并没有与地震动水平分量以及竖向分量耦合作用。且目前对于地震动摇摆分量的提取方法，依然存在着不足，需要对其进行改进。 本文将根据上述问题，提出新的地震动摇摆分量获取方法，利用有限元分析和振动台试验对地震动摇摆分量以及多维地震作用下高柔结构响应进行相应研究，具体研究内容如下： （1）根据谱比法的基本原理，地震动水平分量与竖向分量加速度傅里叶谱在低频范围内存在相似性，即两者之间走势基本一致，进一步利用时频特性更好且具有窗函数功能的小波变换替换原本的傅里叶变换，根据其阈值去噪原理，运用软件Matlab编制程序以及其小波工具箱中的小波去噪工具，从原始记录的Northridge地震波中提取出地震动摇摆分量。 （2）设计一个振动台试验，根据试验参数相似原理，确定试验模型尺寸以及相关参数，输入包括小波变换方法获取的摇摆分量在内的多维地震，测得模型地震响应结果，对比各种工况结果可看出，地震动摇摆分量对高柔结构的地震响应影响较大。根据动力学原理及振动台试验结果，推导结构在地震动水平与摇摆耦合作用下的动力方程。运用有限元软件ANSYS对振动台试验模型进行建模，通过有限元分析与试验结果对比能够验证有限元分析的准确性。 （3）根据实际工程情况，建立高柔结构在土-结构相互作用体系下的有限元模型，通过弹簧-阻尼器系统模拟粘弹性人工边界，并对上述Northridge地震波进行相应反演，输入至有限元软件ANSYS中，设置地震水平作用，地震水平与摇摆耦合作用两种工况，进行有限元数值计算，最终得出多维地震作用下高柔结构的动力响应以及地震动摇摆分量对高柔结构的地震响应影响。

目录

声明

第一章 绪论

1.1前言

1.2国内外研究现状

1.2.1摇摆分量研究现状

1.2.2高柔结构在地震作用下的研究现状

1.2.3土-结构相互作用研究现状

1.3弹塑性本构关系

1.3.1屈服准则

1.3.2硬化准则

1.3.3流动准则

1.3.4弹塑性本构方程

1.4本文研究的主要内容

第二章 摇摆分量提取方法

2.1弹性波动论法

2.1.1行波法

2.1.2频域法

2.2谱比法

2.2.1地震分量傅里叶谱的相似性

2.2.2谱比法提取步骤

2.3小波变换理论

2.3.1连续小波变换

2.3.2离散小波变换

2.3.3多分辨分析

2.4小波提取摇摆分量方法

2.4.1选取小波基函数

2.4.2设置分解层数

2.4.3小波阈值去噪

2.5本章小结

第三章 多维地震作用下振动台试验及有限元分析

3.1多维地震作用下的振动台试验

3.1.1试验模型

3.1.2试验方案

3.1.3试验结果

3.2多维地震作用下的动力方程

3.2.1地震水平作用下的动力方程

3.2.2多维地震作用下的动力方程

3.2.3动力方程的求解

3.3振动台试验的有限元分析

3.3.1有限元模型

3.3.2有限元分析与结果对比

3.4本章小结

第四章 多维地震作用下高柔结构在土-结构相互作用体系中的地震响应

4.1土-结构体系有限元模型设置

4.1.1输电塔模型

4.1.2土体本构关系与参数

4.1.3接触模拟

4.2人工边界

4.2.1粘弹性人工边界理论

4.2.2粘弹性人工边界方程推导

4.2.3粘弹性人工边界在有限元软件中的实现

4.3多维地震作用下土-结构相互作用体系有限元分析

4.3.1刚性地基假定有限元分析

4.3.2土-结构相互作用体系有限元分析

4.3.3不同场地条件有限元分析对比

4.4本章小结

第五章 结论与展望

5.1主要结论

5.2 不足与展望

致谢

参考文献

作者在攻读硕士研究生期间发表的学术论文