地震動(dòng)隨機(jī)模型及結(jié)構(gòu)響應(yīng)控制.pdf

1、本文包括兩大部分的內(nèi)容：第一部分是地面運(yùn)動(dòng)隨機(jī)模型及結(jié)構(gòu)隨機(jī)響應(yīng)分析、第二部分結(jié)構(gòu)耗能減震控制。第一部分研究?jī)?nèi)容包括：隨機(jī)地震動(dòng)過程的功率譜模型的研究、采用均勻調(diào)制模型模擬地面運(yùn)動(dòng)過程以及基于均勻調(diào)制過程的人工地震波的合成方法研究、均勻調(diào)制過程作用下結(jié)構(gòu)的隨機(jī)響應(yīng)、以及振型分解標(biāo)準(zhǔn)差譜分析算法。第二部分研究了兩類新型建筑結(jié)構(gòu)減震阻尼器以及一種新型阻尼減震體系,并對(duì)兩個(gè)耗能減震工程的抗震、減震分析以及大震驗(yàn)算方法進(jìn)行了討論。分述如下：

2、 1.考慮到工程地震學(xué)中并不關(guān)心功率譜模型與實(shí)際地震動(dòng)物理過程的邏輯關(guān)系,擺脫金井清模型的思路,提出一種Markov模型。該模型構(gòu)造簡(jiǎn)單、相應(yīng)的結(jié)構(gòu)隨機(jī)響應(yīng)的求解公式也非常簡(jiǎn)單,簡(jiǎn)化了求解結(jié)構(gòu)隨機(jī)響應(yīng)的工作,易于使用。在Markov模型的基礎(chǔ)上,進(jìn)而發(fā)展出修正金井清譜和高階復(fù)合Markov模型,二者各具優(yōu)勢(shì),特別是修正金井清譜,彌補(bǔ)了金井清模型的低頻缺陷,而高頻部分保持與金井清模型一致,可以用于替代金井清模型。 2.對(duì)于地震

3、動(dòng)功率譜模型的評(píng)價(jià)不宜僅基于理想化的平穩(wěn)隨機(jī)理論的相關(guān)公式。本文提出依據(jù)功率譜模型對(duì)應(yīng)的方差譜來考察功率譜模型的合理與否。即用結(jié)構(gòu)響應(yīng)反過來考察輸入模型是否合理,因?yàn)榈卣鹱饔孟陆Y(jié)構(gòu)的響應(yīng)規(guī)律是很明確的。而且對(duì)于工程結(jié)構(gòu)而言,地震動(dòng)模型的最主要的用途就是用于求解結(jié)構(gòu)的工程響應(yīng),一個(gè)能夠正確描述結(jié)構(gòu)在地震作用下響應(yīng)規(guī)律的地震動(dòng)模型就是一個(gè)合適的模型,其他的限定條件并不重要?；诖怂悸?本文得出如下結(jié)論：在基于力的設(shè)計(jì)方法中,只要功率譜模型能

4、夠足夠接近的擬合實(shí)際地震動(dòng)的平均功率譜曲線,該模型就可以用以模擬地震動(dòng)過程；在基于位移的設(shè)計(jì)方法中,則需要對(duì)功率譜模型做出較為嚴(yán)格的限定。 3.提出了一種合成多目標(biāo)反應(yīng)譜兼容的人工地震波算法,該算法有以下四個(gè)特點(diǎn)：一是一次生成多條初始人工波,從中挑選最為接近目標(biāo)譜的作為迭代的初值；二是考慮了針對(duì)周期控制點(diǎn)的迭代順序,先調(diào)整長(zhǎng)周期分量,再調(diào)整短周期分量；三是在同一周期點(diǎn)中,對(duì)多個(gè)阻尼比水平的反應(yīng)譜值進(jìn)行擬合時(shí)采用了優(yōu)化算法；四是采

5、用調(diào)制余弦函數(shù)作為調(diào)整增量頻響函數(shù)在時(shí)域內(nèi)進(jìn)行修正和迭代,調(diào)整增量頻響函數(shù)的參數(shù)可以方便的求得。該算法收斂速度快,計(jì)算效率高,合成一條滿足三阻尼比反應(yīng)譜的地震波僅需1分鐘左右。 4.均勻調(diào)制模型作用的結(jié)構(gòu)隨機(jī)響應(yīng)很難給出解析解。本文提出了一種大質(zhì)量擴(kuò)階解法,可以將一般的調(diào)制過濾白噪聲過程作用下工程結(jié)構(gòu)隨機(jī)響應(yīng)問題,轉(zhuǎn)化為求解均勻調(diào)制白噪聲過程作用下的隨機(jī)響應(yīng),然后給出了均勻調(diào)制白噪聲作用下的計(jì)算公式,可以方便的求解。本文給出了常

6、見的幾種功率譜模型轉(zhuǎn)化為白噪聲激勵(lì)的過濾模型,并對(duì)其有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。 5.目前的設(shè)計(jì)方法是基于確定性分析,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中概率意義較為模糊。本文提出振型分解標(biāo)準(zhǔn)差譜法,該方法可用于計(jì)算結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)差響應(yīng)。在地震動(dòng)為零均值高斯過程的假定下,可以獲得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)承載力的概率密度函數(shù),進(jìn)而明確給出構(gòu)件在設(shè)計(jì)地震作用下可能會(huì)發(fā)生破壞的概率分布。是對(duì)目前反應(yīng)譜設(shè)計(jì)結(jié)果的有益補(bǔ)充和檢驗(yàn)。 6.目前已有的位移型耗能裝置提供的附加阻尼大都與變形幅

7、值相關(guān)。本文提出一種變摩擦裝置,該裝置具有線性阻尼特征,而且其等效剛度為0。因而可以像粘滯阻尼器一樣既可以提供隨運(yùn)動(dòng)幅值變化的阻尼力,又不改變結(jié)構(gòu)的振動(dòng)頻率。另外,粘滯阻尼器屬于速度型,對(duì)于長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)其效果不如短周期結(jié)構(gòu),而本文提出的線性變摩擦裝置則正好可用于長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)的減震控制。通過編制非線性時(shí)程分析程序,以及在IDARC軟件中添加變摩擦滯回模型,對(duì)變摩擦阻尼器的幾種滯回模型的減震效果進(jìn)行了研究。結(jié)果表明該裝置具有優(yōu)良的減震效果。

8、 7.提出一種剪切型鉛阻尼器,該阻尼器簡(jiǎn)化了常見的鉛剪切阻尼器的構(gòu)造,滯回性能穩(wěn)定,性價(jià)比高。通過有限元分析和試驗(yàn)研究,深入研究了該阻尼器的耗能機(jī)理和參數(shù)影響規(guī)律。試驗(yàn)表明該阻尼器性能優(yōu)良,適于在我國(guó)推廣應(yīng)用,現(xiàn)已成功應(yīng)用于兩個(gè)實(shí)際工程。 8.耗能減震裝置在應(yīng)用中的存在缺少安裝空間的問題：一些工程由于美學(xué)或使用功能的要求,不能提供合理的安裝空間。本文提出一種建筑結(jié)構(gòu)分布式阻尼減震方法,該方法可以解決常見阻尼器應(yīng)用時(shí)需要較大空