本文關(guān)鍵詞： 隔震 滯遲系統(tǒng) 非平穩(wěn)隨機振動 等效線性化 抗傾覆易損性分析　出處：《大連理工大學(xué)》2014年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：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/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： 1.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 基于虛擬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。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。 2.基于三維有限元模型的基礎(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)底部筏體的剛度遠遠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結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響,又沒有顯著增加問題的計算量,達到事半功倍的效果。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。 3.層間隔震結(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。 4.高層隔震結(jié)構(gòu)抗傾覆易損性計算方法 利用首次破壞準則,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易損性曲線的影響,為高層隔震建筑的設(shè)計提供理論支持。
[Abstract]:Isolation is one of the most potential technology to reduce the structural damage under earthquake. It is not only widely used in apartments, office buildings, hospitals, schools and other new buildings, but also in improving the seismic performance of existing bridges, the historic value of ancient architecture, but also attractive in.1995 after the Kobe earthquake. The number of isolated buildings increased dramatically, some new isolation in the complex structure are constantly emerging, such as high-rise buildings, the composite isolation structure, interlayer isolation structure, which gave the design of isolation building brings new challenges.
As a result of the earthquake is random, the random vibration method is applied to the structural seismic response has significant advantages in the analysis. In the uniform modulation / fully nonstationary earthquake, based on pseudo excitation method (PEM) and the method of equivalent linearization (ELM) method, this paper puts forward the calculation method of some special stochastic seismic isolation structure in response, the vulnerability analysis and anti overturning problems of high-rise base isolated structure. The specific contents are as follows:
Non stationary random seismic response analysis of 1. base isolation and multi degree of freedom hysteresis system
The pseudo excitation method and the equivalent linearization technique based on the calculation of the multi degree of freedom system in the late lag of base isolation uniformly modulated non-stationary / completely under non-stationary random excitation. The seismic response of the pseudo excitation method to solve non-stationary random vibration problem is transformed into ordinary dynamic response time history analysis for non-stationary random vibration problem of uniform modulation, by constructing a hybrid scheme for precise time integral, for non-stationary random vibration problems, using the Runge-Kutta method. Compared the calculation results with the virtual excitation method of Carlo Monte, and good agreement was found, which verifies the validity of the pseudo excitation method for solving such problems.
2. calculation method for non stationary random seismic response of base isolation structure based on three-dimensional finite element model
For base isolated building complex, three-dimensional finite element model based on the equation of motion is derived for non stationary seismic response, especially for non eccentric or slightly eccentric buildings, by the hysteretic variable condensation and static correction technology, this paper presents an efficient algorithm for solving its non stationary random response due. At the bottom of the isolation structure raft stiffness is far greater than the horizontal stiffness of the isolation bearing for non eccentric or slightly eccentric isolated buildings, we assume that the bearings of the same type in the same direction on the hysteretic variables of equal size, which makes the type description of bearings hysteretic characteristics of hysteretic variables only and bearings the number and the bearings are not necessarily related, greatly reducing the number of equivalent differential equations, improves the efficiency of non-stationary random vibration; at the same time. Using the static correction technique, which not only considers the influence of higher modes on the structural response, and no significant increase in computational complexity, to achieve a multiplier effect. Finally, using the proposed method of random response of frame structure based on a simple isolation was calculated, and verify the correctness of the algorithm by using Monte the method of Carlo.
The calculation method of P- seismic response considering the effect of the 3. interlayer isolation structure
Through the introduction of interlayer isolation structure geometric stiffness matrix, put forward the interlayer seismic isolation system calculation method considering the effect of seismic response of P- Delta. The isolation layer will form a larger interlayer deformation under strong earthquake, under axial load, the formation of additional moment larger in the bearings at both ends of the additional moment instead of P- the effect by constructing the horizontal couple formed, resulting in geometry layer isolation system stiffness matrix. In the seismic response analysis of isolation layer, only need to overlay this geometric stiffness matrix based on the original structure of the stiffness matrix, can be in accordance with the step by step integral method considering the effect of the isolation layer of P- delta the seismic response of the structure, the iterative steps from P- a effects for calculation, the computational efficiency is improved. By using virtual excitation method to calculate the interlayer isolation structure in the uniformly modulated non-stationary excitation seismic response Should be discussed, different site categories and classification of design earthquake, P- delta effect on seismic response; using time history analysis method is studied in the near fault earthquake, P- delta effects showed that the effect on seismic response, the effect of Delta: P- isolation system the lower part of the structure of a huge security risks, especially in the near fault ground motion, it is particularly prominent.
Calculation method of anti overturning and vulnerability of 4. high rise isolating structure
The first criterion based on the 3D finite element model, established the calculation method of high-rise base isolated buildings all bearing probability of anti overturning failure under earthquake. The seismic wave propagation direction, the basic period of isolation, the compressive stress limit value, the additional damping isolation layer, and site characteristics classification of design earthquake damage factors such as overturning fragility curves of resistance on the bearings, to provide theoretical support for the design of high-rise building.

【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TU352.12

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本文編號：1461099