基于能量分析的地震動(dòng)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(qiáng)度和位移，并沒有考慮到地震動(dòng)持時(shí)對(duì)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(dòng)的強(qiáng)度和頻譜特性，而且可以有效地考慮強(qiáng)震持時(shí)對(duì)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(shí)用化的設(shè)計(jì)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(jì)劃項(xiàng)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(dòng)強(qiáng)度指標(biāo)、設(shè)計(jì)輸入能量譜、累積耗能譜和地震動(dòng)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(duì)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(yùn)動(dòng)記錄，按照我國場(chǎng)地類別劃分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)記錄進(jìn)行了分類。對(duì)15個(gè)不同的強(qiáng)度參數(shù)之間的相關(guān)性以及各強(qiáng)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(qiáng)度參數(shù)Ie 可以

3、較好地表征結(jié)構(gòu)能量需求特征，對(duì)能量分析和設(shè)計(jì)方法作進(jìn)一步研究可以采用建議的強(qiáng)度參數(shù)作為地震動(dòng)強(qiáng)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(duì)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(duì)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(duì)應(yīng)的周期時(shí)理想彈塑性模型和雙線性模型相對(duì)

4、其它模型屬于不保守模型。建議了建立設(shè)計(jì)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(jì)輸入能量等效速度譜，給出了設(shè)計(jì)譜參數(shù)的建議值。
　　 3.建立了估計(jì)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(dòng)記錄的傅里葉幅值譜對(duì)彈塑性輸入能量譜進(jìn)行估計(jì)。
　　 考慮周期、阻尼比和延性等因素對(duì)滯回耗能與輸入能量比值譜的影響提出了估計(jì)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(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明，提出的模型可以較好地對(duì)比值譜進(jìn)行估計(jì)，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(duì)三角級(jí)數(shù)疊加法人工合成記錄、小波變換頻域調(diào)整實(shí)際地震動(dòng)記錄和時(shí)域調(diào)整實(shí)際等模擬地震動(dòng)記錄和實(shí)際地震動(dòng)記錄的頻譜特征、基于希爾伯特-黃變換的時(shí)頻特征以及計(jì)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(shí)頻特征還是計(jì)算得到的結(jié)構(gòu)反應(yīng)與實(shí)際地震動(dòng)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(shí)域調(diào)整記錄可以在地震動(dòng)記錄特性上與實(shí)際地震動(dòng)記錄較為接近，是產(chǎn)生模擬地震動(dòng)記錄的一種較好的方法。
　　 5.為解決目前地震動(dòng)記錄管理與分析、選擇實(shí)際地震動(dòng)記錄和生成模擬地震動(dòng)記錄用于實(shí)際結(jié)構(gòu)的分析和設(shè)計(jì)沒有可用工具的問題，開發(fā)了地震動(dòng)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(dòng)記錄管理、分析和選擇地震動(dòng)輸入的工具。
　　 6.分析了不同宏觀模型的特點(diǎn)，采用MS模型和纖維模型對(duì)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(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)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(shí)選擇地震動(dòng)輸入的方法，并給出了具體的實(shí)施步驟。通過采用不同方法選擇的地震動(dòng)記

8、錄對(duì)實(shí)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(qiáng)震持時(shí)指標(biāo)與單自由度和多自由度實(shí)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(shí)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(duì)基于能量分析方法的強(qiáng)度指標(biāo)選擇、能量譜特征、設(shè)計(jì)能量譜的建立、彈塑性能量譜的估計(jì)、地震動(dòng)輸入方面實(shí)際地震動(dòng)記錄的選擇、模擬地震動(dòng)記錄的特點(diǎn)和選擇、基于能量分析地震動(dòng)輸入的選擇方法和強(qiáng)震持