隔震結(jié)構(gòu)非平穩(wěn)隨機地震響應(yīng)與抗傾覆易損性計算方法研究.pdf

1、隔震是在強震作用下減小結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞的最具潛能的技術(shù)之一。它不但被廣泛應(yīng)用在公寓、辦公樓、醫(yī)院、學(xué)校等新建建筑中，而且在改善現(xiàn)有橋梁、具有歷史紀(jì)念價值的古建筑的抗震性能方面，也頗具吸引力。1995年阪神地震之后，隔震建筑的數(shù)量急劇增加，一些形式復(fù)雜的新型隔震結(jié)構(gòu)不斷涌現(xiàn)，如高層隔震結(jié)構(gòu)、復(fù)合隔震結(jié)構(gòu)、層間隔震結(jié)構(gòu)等，這些都給隔震建筑的設(shè)計帶來新的挑戰(zhàn)。由于地震具有隨機性，將隨機振動方法應(yīng)用到工程結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)分析中具有顯著的優(yōu)勢。在均勻調(diào)制

2、/完全非平穩(wěn)地震作用下，基于虛擬激勵法(PEM)和等效線性化法(ELM)的求解方法，本文提出了幾種特殊隔震結(jié)構(gòu)隨機地震響應(yīng)的計算方法，并對高層基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的抗傾覆問題做了易損性分析。具體內(nèi)容如下：
　　⑴基礎(chǔ)隔震多自由度滯遲系統(tǒng)非平穩(wěn)隨機地震響應(yīng)分析?；谔摂M激勵法和等效線性化技術(shù)，計算了基礎(chǔ)隔震的多自由度滯遲系統(tǒng)在均勻調(diào)制非平穩(wěn)/完全非平穩(wěn)隨機激勵下的地震響應(yīng)。虛擬激勵法把求解非平穩(wěn)隨機振動問題轉(zhuǎn)化為普通的動力響應(yīng)時間歷程分析。

3、對于均勻調(diào)制的非平穩(wěn)隨機振動問題，通過構(gòu)造混合型精細(xì)時程積分的格式求解，對于完全非平穩(wěn)隨機振動問題，采用Runge-Kutta法求解。將虛擬激勵法計算的結(jié)果與Monte Carlo計算的結(jié)果相比較，發(fā)現(xiàn)吻合較好，從而驗證了虛擬激勵法求解此類問題的有效性。
　?、苹谌S有限元模型的基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)非平穩(wěn)隨機地震響應(yīng)計算方法。對于大型復(fù)雜的基礎(chǔ)隔震建筑，基于三維有限元模型，推導(dǎo)了求解其非平穩(wěn)地震響應(yīng)的運動方程，特別是針對非偏心或輕微偏心

4、的隔震建筑，通過滯遲變量的凝聚和靜力校正技術(shù)，提出了一種求解其非平穩(wěn)隨機響應(yīng)的高效算法。由于隔震結(jié)構(gòu)底部筏體的剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于隔震支座的水平剛度，對于非偏心或輕微偏心的隔震建筑，我們假定相同類型的隔震支座在相同方向上產(chǎn)生的滯遲變量的大小相等，這樣使得描述隔震支座滯遲特性的滯遲變量僅與隔震支座的類型相關(guān)而與隔震支座的數(shù)量沒有必然關(guān)系，大大減少了等效微分方程組的數(shù)量，提高了非平穩(wěn)隨機振動的效率;與此同時，采用靜力校正技術(shù)，使得既考慮了高階振型對

5、結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響，又沒有顯著增加問題的計算量，達(dá)到事半功倍的效果。最后，使用本文所提方法計算了一個簡單的基礎(chǔ)隔震的框架結(jié)構(gòu)的隨機響應(yīng)，并利用Monte Carlo法驗證了本文算法的正確性。
　?、菍娱g隔震結(jié)構(gòu)考慮P-△效應(yīng)地震響應(yīng)的計算方法。通過引入層間隔震結(jié)構(gòu)的幾何剛度陣，提出了層間隔震系統(tǒng)考慮P-△效應(yīng)地震響應(yīng)的計算方法。隔震層在強震作用下會形成較大的層間變形，在軸向荷載作用下，將在隔震支座兩端形成較大的附加彎矩，通過構(gòu)造水平力

6、偶來代替P-△效應(yīng)所形成的附加彎矩，從而得到層間隔震系統(tǒng)的幾何剛度陣。在層間隔震地震響應(yīng)計算時，只需要在原來結(jié)構(gòu)剛度矩陣的基礎(chǔ)上疊加這個幾何剛度矩陣，就可以按照逐步積分法求得考慮P-△效應(yīng)的層間隔震結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)，免除P-△效應(yīng)計算所需要的迭代運算步驟，提高了計算效率。利用虛擬激勵法計算了層間隔震結(jié)構(gòu)在均勻調(diào)制非平穩(wěn)激勵下的地震響應(yīng)，討論了不同場地類別和設(shè)計地震分組下，P-△效應(yīng)對層間隔震結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響;利用時程分析法研究了在近斷層

7、地震作用下，P-△效應(yīng)對層間隔震結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響，研究表明:P-△效應(yīng)會對隔震系統(tǒng)的下部結(jié)構(gòu)帶來巨大的安全隱患，特別是在近斷層地震動作用下，顯得尤為突出。
　?、雀邔痈粽鸾Y(jié)構(gòu)抗傾覆易損性計算方法。利用首次破壞準(zhǔn)則，基于三維有限元模型，建立了高層基礎(chǔ)隔震建筑各個隔震支座在地震作用下發(fā)生抗傾覆破壞的概率的計算方法。研究了地震波傳播方向、隔震后的基本周期、壓應(yīng)力限值、隔震層的附加阻尼比、場地特性和設(shè)計地震分組等因素對隔震支座抗傾覆破壞