超高層建筑結(jié)構(gòu)的長周期地震動(dòng)輸入與響應(yīng)特征.pdf

1、超高層建筑高度、體量及獨(dú)特的造型導(dǎo)致結(jié)構(gòu)受力具有相應(yīng)的復(fù)雜性。不同地震動(dòng)輸入下，超高層結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)特征亦具有與眾不同的特點(diǎn)，特別是在遠(yuǎn)場長周期地震動(dòng)作用下的響應(yīng)特征能從更深層次去影響超高層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法和控制措施。然而，對(duì)長周期地震動(dòng)的涵義、工程特性、確定地震動(dòng)輸入的強(qiáng)度指標(biāo)、長周期地震動(dòng)輸入下超高層建筑的響應(yīng)特征的研究存在落后于工程實(shí)踐的事實(shí)；對(duì)長周期地震動(dòng)特性的規(guī)律和超高層結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)目前處于滯后的狀態(tài)；同時(shí)，日本關(guān)于

2、具有長周期地震動(dòng)孕育機(jī)制的場地上的超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)反應(yīng)譜的應(yīng)用也值得參考。為此，本文從下面三個(gè)方面完成了部分工作并得到的一些成果如下：
　?、匍L周期地震動(dòng)界定
　　1）地震動(dòng)長周期分量的提取方法：基于四個(gè)數(shù)據(jù)庫中經(jīng)過高通濾波和基線校正的地震記錄，采用其中的汶川地震記錄在頻域上進(jìn)行分析，并結(jié)合地震動(dòng)與超高層結(jié)構(gòu)的共振相關(guān)性，提出頻譜周期參數(shù)并確定其取值；利用頻譜周期參數(shù)界限值，將EMD得到的地震記錄IMF分量重新組合、校正，得到

3、地震動(dòng)的長、短周期分量；提出分量分離方法并驗(yàn)證其合理性與有效性。
　　2）長周期地震動(dòng)的界定：從地震動(dòng)產(chǎn)生的震源機(jī)制、震級(jí)、震中距等方面對(duì)長周期地震動(dòng)進(jìn)行了初步的判斷；繼而參照近斷層長周期地震動(dòng)的界定方法，以長周期分量的能量比（rE）、峰值比((PGV/PGA)L)特征回歸分析得到長周期地震動(dòng)與常規(guī)地震動(dòng)的界定模型Ω；結(jié)合原地震動(dòng)的PGV與長周期分量的90％的能量持時(shí)（t90%）區(qū)分近斷層脈沖型長周期地震動(dòng)；提出長周期地震動(dòng)的兩階

4、段界定方法。
　?、陂L周期地震動(dòng)輸入
　　1）長周期地震動(dòng)的特性：以界定方法篩分的三類地震動(dòng)為對(duì)象，基于SPRC、MATLAB軟件對(duì)比了三類地震動(dòng)的幅值、頻譜、持時(shí)三要素特性以及能量特性；以累積穿零數(shù)和Hilbert譜瞬時(shí)頻率變異系數(shù)對(duì)長周期地震動(dòng)的非平穩(wěn)特性進(jìn)行了初步的探索，展現(xiàn)其中的差異。
　　2）譜強(qiáng)度指標(biāo)：以ETABS建立5個(gè)模型對(duì)比了超高層建筑結(jié)構(gòu)考慮前三階振型與考慮振型質(zhì)量參與系數(shù)達(dá)90%的高階振型時(shí)的基底

5、剪力差異，以振型質(zhì)量參與系數(shù)90%為控制參數(shù)，提出考慮高階振型影響的譜強(qiáng)度指標(biāo)S90，以Pearson相關(guān)系數(shù)R評(píng)價(jià)S90與結(jié)構(gòu)響應(yīng)指標(biāo)的相關(guān)性，以IDA為基礎(chǔ)的離散系數(shù)β評(píng)價(jià)S90的有效性。
　　3）遠(yuǎn)場長周期地震動(dòng)加速度驗(yàn)算反應(yīng)譜：根據(jù)規(guī)范設(shè)計(jì)反應(yīng)譜周期長度以及汶川地震記錄反應(yīng)譜與規(guī)范設(shè)計(jì)反應(yīng)譜的對(duì)比結(jié)果分析，表明了規(guī)范設(shè)計(jì)反應(yīng)譜在部分特殊場地上的超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的不足；基于超高層結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)與速度或位移的相關(guān)性更好的前提

6、，以汶川遠(yuǎn)場長周期地震記錄和Newmark等提出的三階段反應(yīng)譜擬合模型為基礎(chǔ)，提出了先擬合遠(yuǎn)場長周期地震動(dòng)速度反應(yīng)譜,結(jié)合擬譜轉(zhuǎn)換關(guān)系得到與規(guī)范接軌的加速度驗(yàn)算反應(yīng)譜的擬合思路；同時(shí)，以遺傳算法對(duì)擬合設(shè)計(jì)驗(yàn)算反應(yīng)譜的模型參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定和校驗(yàn)。
　　③長周期地震動(dòng)輸入下結(jié)構(gòu)響應(yīng)特征
　　地震動(dòng)輸入下超高層建筑結(jié)構(gòu)的響應(yīng)特征：以界定方法區(qū)分的三類地震動(dòng)作為輸入，采用PKPM設(shè)計(jì)不同抗震設(shè)防區(qū)域的5個(gè)不同周期的超高層結(jié)構(gòu)模型，分別采