基于能量分析的地震動輸入選擇及能量譜研究.pdf

1、目前結(jié)構(gòu)抗震分析方法通常是基于強度和位移，并沒有考慮到地震動持時對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的累積損傷破壞，而能量分析方法不僅可以反映地震動的強度和頻譜特性，而且可以有效地考慮強震持時對結(jié)構(gòu)的累積損傷破壞。因此，結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)能量分析方法自從提出以后得到了較為廣泛的研究，正在向著實用化的設(shè)計方法方向發(fā)展。
　　 盡管能量分析方法的研究已經(jīng)取得了大量的研究成果，但是這種方法仍然存在許多問題需要解決。本文以國家自然科學(xué)基金委重大研究計劃項目“超高層巨型

2、框架結(jié)構(gòu)彈塑性地震反應(yīng)與能量分析的研究”為依托，圍繞地震動強度指標(biāo)、設(shè)計輸入能量譜、累積耗能譜和地震動輸入選擇選擇等與能量分析相關(guān)的問題展開了研究。通過對這些具體問題的研究得到了以下結(jié)論和研究成果。
　　 1.選擇了694條水平運動記錄，按照我國場地類別劃分標(biāo)準(zhǔn)對記錄進(jìn)行了分類。對15個不同的強度參數(shù)之間的相關(guān)性以及各強度參數(shù)與單自由度和多自由度體系輸入能量及滯回能量的相關(guān)性分別進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，本文建議的強度參數(shù)Ie 可以

3、較好地表征結(jié)構(gòu)能量需求特征，對能量分析和設(shè)計方法作進(jìn)一步研究可以采用建議的強度參數(shù)作為地震動強度指標(biāo)參考使用。
　　 2.分析了延性、阻尼比和恢復(fù)力模型等因素對輸入能量譜和滯回耗能譜的影響。結(jié)果表明，隨著延性的增加，輸入能量譜和滯回能量譜峰值減小，譜峰值對應(yīng)的周期變短。隨著阻尼比的增加，輸入能量譜和滯回能量譜峰值不斷減小，而在長周期范圍內(nèi)，能量譜值則隨阻尼比的增大而增大；當(dāng)周期小于譜峰值對應(yīng)的周期時理想彈塑性模型和雙線性模型相對

4、其它模型屬于不保守模型。建議了建立設(shè)計輸入能量等效速度譜的地震分組參數(shù)，并考慮不同阻尼比建立了多段式設(shè)計輸入能量等效速度譜，給出了設(shè)計譜參數(shù)的建議值。
　　 3.建立了估計輸入能量等效速度譜數(shù)學(xué)模型，建立的模型可以考慮到延性和阻尼比的影響，并且不依賴于周期，直接通過地震動記錄的傅里葉幅值譜對彈塑性輸入能量譜進(jìn)行估計。
　　 考慮周期、阻尼比和延性等因素對滯回耗能與輸入能量比值譜的影響提出了估計滯回耗能等效速度與輸入能量等

5、效速度比值譜的數(shù)學(xué)模型，并與其它已有模型計算結(jié)果進(jìn)行了對比。結(jié)果表明，提出的模型可以較好地對比值譜進(jìn)行估計，并且可以考慮周期的影響。
　　 4.提出了采用遺傳算法和貪婪算法相結(jié)合的方式進(jìn)行優(yōu)化選擇一組記錄，使記錄的均值譜可以與目標(biāo)譜較好匹配的方法。對三角級數(shù)疊加法人工合成記錄、小波變換頻域調(diào)整實際地震動記錄和時域調(diào)整實際等模擬地震動記錄和實際地震動記錄的頻譜特征、基于希爾伯特-黃變換的時頻特征以及計算得到的結(jié)構(gòu)反應(yīng)特征進(jìn)行了分析

6、。結(jié)果表明，人工合成記錄無論是頻譜特征、時頻特征還是計算得到的結(jié)構(gòu)反應(yīng)與實際地震動記錄都相差較大，人工合成記錄與其它類型記錄相比具有較大的能量輸入；時域調(diào)整記錄可以在地震動記錄特性上與實際地震動記錄較為接近，是產(chǎn)生模擬地震動記錄的一種較好的方法。
　　 5.為解決目前地震動記錄管理與分析、選擇實際地震動記錄和生成模擬地震動記錄用于實際結(jié)構(gòu)的分析和設(shè)計沒有可用工具的問題，開發(fā)了地震動記錄管理與分析程序EQSYS，該程序采用了可視化

7、編程方式，界面友好，可以作為地震動記錄管理、分析和選擇地震動輸入的工具。
　　 6.分析了不同宏觀模型的特點，采用MS模型和纖維模型對兩根鋼筋混凝土柱和兩片鋼筋混凝土剪力墻構(gòu)件進(jìn)行了模擬，并與試驗結(jié)果進(jìn)行了對比。結(jié)果表明，纖維模型模擬精度要優(yōu)于MS模型，但是，選擇合適的塑性鉸長度，采用MS模型也可以達(dá)到一定的精度。
　　 7.建議了進(jìn)行能量分析時選擇地震動輸入的方法，并給出了具體的實施步驟。通過采用不同方法選擇的地震動記

8、錄對實例結(jié)構(gòu)模型的分析表明了建議的方法的有效性。
　　 8.分析了不同類型的強震持時指標(biāo)與單自由度和多自由度實例結(jié)構(gòu)能量反應(yīng)指標(biāo)之間的相關(guān)性。結(jié)果表明，在一定的限值范圍內(nèi)的一致持時指標(biāo)與各能量反應(yīng)具有較高的相關(guān)性。
　　 綜上所述，本文對基于能量分析方法的強度指標(biāo)選擇、能量譜特征、設(shè)計能量譜的建立、彈塑性能量譜的估計、地震動輸入方面實際地震動記錄的選擇、模擬地震動記錄的特點和選擇、基于能量分析地震動輸入的選擇方法和強震持