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《北京工业大学》 2008年
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地震动随机模型及结构响应控制

彭凌云  
【摘要】: 本文包括两大部分的内容:第一部分是地面运动随机模型及结构随机响应分析、第二部分结构耗能减震控制。第一部分研究内容包括:随机地震动过程的功率谱模型的研究、采用均匀调制模型模拟地面运动过程以及基于均匀调制过程的人工地震波的合成方法研究;均匀调制过程作用下结构的随机响应、以及振型分解标准差谱分析算法。第二部分研究了两类新型建筑结构减振阻尼器以及一种新型阻尼减振体系,并对两个耗能减振工程的抗震、减振分析以及大震验算方法进行了讨论。分述如下: 1.文中提出一种Markov模型。该模型构造简单、相应的结构随机响应的求解公式也非常简单,简化了求解结构随机响应的工作,易于使用。在Markov模型的基础上,进而发展出修正金井清谱和高阶复合Markov模型,二者各具优势,特别是修正金井清谱,弥补了金井清模型的低频缺陷,而高频部分保持与金井清模型一致,可以用来替代金井清模型。 2.本文提出依据与功率谱模型对应的方差谱来考察功率谱模型的合理与否。即用结构响应反过来考察输入模型是否合理。而且对于工程结构而言,地震动模型的最主要的用途就是用于求解结构的地震响应。一个能够正确描述结构在地震作用下响应规律的地震动模型就是一个合适的模型,其他的限定条件并不重要。基于此思路,本文得出如下结论:在基于力的设计方法中,只要功率谱模型能够足够接近的拟合实际地震动的平均功率谱曲线,该模型就可以用以模拟地震动过程;在基于位移的设计方法中,需要对功率谱模型做出更为严格的限定。 3.提出一种合成多阻尼反应谱的人工地震波算法,该算法有以下四个特点:一是一次生成多条初始人工波,从中挑选最为接近目标谱的作为迭代的初值;二在选择周期控制点迭代顺序时,先调整长周期分量,再调整短周期分量;三是在同一周期点中,对多个阻尼比水平的反应谱值进行拟合时采用了优化算法;四是采用调制余弦函数作为调整增量频响函数在时域内进行修正和迭代,在这种情况下调整增量频响函数的参数可以方便的求得。该算法收敛速度快,计算效率高,实际应用表明,合成一条满足三阻尼比反应谱的地震波在微机上仅需1分钟左右。 4.均匀调制模型作用的结构随机响应很难给出解析解。本文提出了一种大质量扩阶解法,可以将一般调制过滤白噪声过程作用下工程结构随机响应问题,转化为求解均匀调制白噪声过程作用下的随机响应,然后给出了均匀调制白噪声作用下的计算公式,可以很方便的求解。本文给出了常见的几种功率谱模型转化为白噪声激励的过滤模型,并对其有效性进行了验证。 5.目前的设计方法是基于确定性分析,结构设计中的概率含义较为模糊。本文提出振型分解标准差谱法,该方法可用于计算结构的标准差响应。在地震动为零均值高斯过程的假定下,可以获得结构设计承载力的概率密度函数,进而明确给出构件在设计地震作用下可能会发生破坏的概率分布。是对目前反应谱设计结果的有益补充和检验。 6.目前已有的位移型耗能装置提供的附加阻尼大都与变形幅值相关。本文提出一种变摩擦装置,该装置具有线性阻尼的基本特征,而且其等效刚度为0。因而可以像粘滞阻尼器一样既可以提供随运动幅值变化的阻尼力,又不改变结构的振动频率。另外,粘滞阻尼器属于速度型,对于长周期结构其效果不如短周期结构,而本文提出的线性变摩擦装置对长周期结构也有很好的减震控制。通过编制非线性时程分析程序,以及在IDARC软件中添加变摩擦滞回模型,对变摩擦阻尼器的几种滞回模型的减震效果进行了研究。结果表明该装置具有优良的减震效果。 7.提出一种剪切型铅阻尼器,该阻尼器简化了常见的铅剪切阻尼器的构造,滞回性能稳定,性价比高。通过有限元分析和试验研究,深入研究了该阻尼器的耗能机理和参数影响规律。试验表明该阻尼器性能优良,适于在土木工程中推广应用,现已成功应用于两个实际工程。 8.一些工程由于美学或使用功能的要求,不能提供合理的安装空间。本文提出一种建筑结构分布式阻尼减震方法,该方法可以解决常见阻尼器应用时需要较大空间的问题,而且无需进行类似常规阻尼器的维护和检修工作。
【学位授予单位】:北京工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TU311.3

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