基于简化模型的高层隔震结构地震动记录选取方法研究

摘要

隔震技术作为一种成熟的结构控制技术近年来受到普遍推广，并被逐步应用到高层建筑结构当中。隔震结构的分析计算通常采用动力时程分析法，而合理选取地震动记录是时程分析的首要问题。本文针对高层隔震结构，建立能反映高层隔震结构变形模式和动力特性的简化模型作为分析对象，开展时程分析过程中天然记录和人工模拟记录（时域调整谱匹配记录、人工合成记录）选取方法和适用性研究。对比研究采用不同的天然地震动记录选取方法高层隔震结构反应特征，分析不同方法用于高层隔震结构的有效性;研究时域调整谱匹配记录的选用、地震动特性及其结构反应特征;对与设计谱对应的功率谱特征及生成人工波过程中包络函数的持时参数取值开展研究，对人工合成记录的反应特征进行对比分析研究。研究工作主要得到以下结论:
　　(1)隔震结构在强震作用下反应进入非线性，与结构反应相关的反应谱频段延长，采用反应谱双频段选波方法必须合理选取控制频段才能实现选波目的，依据地震信息选波方法与结构动力特性无关，可适用于不同类型结构的抗震性能分析，合理选取并控制地震动参数也能有效降低反应的离散性，最不利选波方法能有效筛选出对结构破坏性较大的记录，适合于对结构安全性进行校核。
　　(2)时域调整谱匹配记录能有效获取稳定的结构位移反应，降低反应的离散性，减少获得稳定结果所需的记录数量。选用时域调整谱匹配记录时，建议采用与目标反应谱偏差较小的记录作为原始记录。以我国规范作为目标谱需要注意地震动长周期特性发生改变以及由此引起能量分析结果偏大的现象。
　　(3)提出基于能量确定合成人工记录过程持时参数取值的方法，给出依据不同场地设计谱生成人工记录持时参数的建议取值，实现人工合成记录的能量反应结果较好地符合地震动记录的反应特征。
　　研究成果为高层隔震结构时程分析地震动记录的选取提供了指导，对可靠进行结构基于性能的抗震设计具有重要意义。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 高层隔震结构的研究现状

1．3 隔震结构简化模型的研究现状

1．4 地震动记录选取的研究现状

1．4．1 地震动记录的选取

1．4．2 地震动记录的合成与调整

1．5 本文的研究内容

第二章 高层隔震结构简化分析模型

2．1 引言

2．2 弹性连续多自由度简化模型

2．3 简化模型的动力特性

2．4 简化模型的有限元实现

2．4．1 离散化简化模型的建立

2．4．2 有限元模型算例

2．5 隔震支座分析模型

2．5．1 等效线性模型

2．5．2 双线性模型

2．5．3 Bouc-Wen模型

2．6 高层隔震结构简化分析模型

2．7 本章小结

第三章 隔震结构天然地震动记录选取方法研究

3．1 引言

3．2 地震动记录数据库

3．3 结构动力特性对记录选取的影响研究

3．3．1 地震动记录的选取

3．3．2 隔震结构反应分析

3．4 不同方法地震动记录选取

3．4．1 基于地震信息的地震动记录选取

3．4．2 最不利地震动记录选取

3．5 不同方法选取记录的结构反应比较

3．5．1 隔震层位移的对比分析

3．5．2 结构顶点相对位移的对比分析

3．6 本章小结

第四章 隔震结构时域调整谱匹配记录选用研究

4．1 引言

4．2 时域调整地震动记录的方法

4．3 时域调整谱匹配记录的选择研究

4．3．1 地震动记录的选取

4．3．2 单自由度体系反应对比分析

4．4．1 地震动时域及频域特性研究

4．4．2 地震动时频联合特性研究

4．4．3 地震动能量分析

4．4．4 地震动特性变化的成因分析

4．5．1 记录的选取与拟合

4．5．2 位移反应分析

4．5．3 加速度反应分析

4．5．4 隔震层耗能分析

4．6 本章小结

第五章 隔震结构人工合成地震动记录选用研究

5．1 引言

5．2．1 非平稳功率谱与反应谱的转换

5．2．2 输入能量谱与功率谱的转换

5．3 地震动持时参数的确定

5．3．1 地震动记录的选取

5．3．2 持时参数的取值研究

5．3．3 人工合成记录验证

5．4 人工合成记录结构反应分析

5．5 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 主要工作及结论

6．2 研究展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文