空間變化地震動下變形敏感大跨度結構響應分析.pdf

1、大跨度結構是人類現(xiàn)代文明的重要組成部分，負有重要的社會職能，它們的安全性受到了格外的重視。地震時地面運動是一個復雜的時間一空間過程，以前的抗震設計研究往往把注意力放在地震動的時變特性上，而對地震動的空間變化特性考慮較少。行波效應、不相干效應和局部場地效應是地震動空間變化主要原因。對于平面尺寸較大的結構物，考慮地面運動的空間變化是一種更加合理的輸入方式。 本文主要圍繞空間變化地震動下變形敏感大跨度結構的響應分析展開。 在對

2、本領域研究理論進行系統(tǒng)綜述(第一章)的基礎上，本文第二章主要討論地震地面運動隨機過程模型及參數(shù)的確定。在本章中，首先回顧了常見的地震動隨機模型，歸納總結了基于過濾白噪聲模型的改進模型，并對它們的濾波特性，低頻特性及高頻特性進行了對比分析。結合隨機振動的最大反應估計理論求解單自由度體系在平穩(wěn)地震動輸入下的反應譜，運用等效平穩(wěn)的方法求解非平穩(wěn)地震動輸入下的反應譜。運用隨機振動的理論，采用迭代法實現(xiàn)了功率譜與反應譜轉換。以我國現(xiàn)行《建筑抗震設

3、計規(guī)范》(GB50011-2001)給出的建筑結構地震影響系數(shù)曲線為目標反應譜，采用迭代法編制了規(guī)范反應譜轉換為功率譜程序RSTOPS，進而形成了與規(guī)范反應譜相對應的功率譜庫。運用非線性擬合的最小二乘法對功率譜庫曲線進行洪峰一江近仁譜的參數(shù)擬合，給出了高通濾波器參數(shù)ω<,h>和譜強因子G<,0>的數(shù)值。 第三章主要討論了一致及多點激勵地震動合成方法。在本章中，首先回顧了地震動三要素及其衡量的物理量。介紹了擬合反應譜的一致激勵人工

4、波合成原理，提出了功率譜與幅值譜聯(lián)合調整的方法，編制了與規(guī)范反應譜相一致人工地震波合成程序。運用隨機過程的理論推導了多點地震動的幅值譜及相位譜與互功率譜矩陣元素之間的關系，通過對互功率譜密度函數(shù)矩陣的簡化，提出了一種多點地震動合成的簡化方法。該方法只需要對遲滯相干函數(shù)這一實對稱矩陣進行Cholesky分解，不需要對互功率譜矩陣這一復數(shù)矩陣進行分解，避免了復雜的復數(shù)矩陣運算，從而提高了合成的效率。運用這一簡化方法編制了多點地震動合成程序。

5、 第四章主要討論了多點激勵時程分析法及其應用。在本章中，首先介紹了多點地震動激勵下結構的運動方程及一種無條件收斂的數(shù)值求解方法：Wilson-θ法。本章的重點是以某體育場大跨度拱式鋼結構為工程背景，運用時程分析法對其進行計算分析。主要內容包括：有限元模型的建立，時程分析所需一致及多點激勵地震波的合成，大質量法在多點激勵時程分析法的實現(xiàn)，分析了計算結果并得出了一些結論。 第五章主要探討了多點激勵反應譜分析方法及其應用。在本

6、章中，首先介紹了一致及多點激勵反應譜的基本原理。對比分析了常用的多點激勵反應譜分析方法：B-K法，H-V法，MSRS法及Y-T法。MSRS(Multiple-Support ResponseSpectrum Method)法是基于嚴格的隨機振動理論推導出來的，因此理論依據(jù)充分，可以看作CQC方法在多點激勵情況下的推廣。本章采用MSRS方法計算了兩種形式的兩跨連續(xù)梁：柔性梁和剛性梁，分析了空間變化地震動對這兩種形式梁反應的影響特點并得出了