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《合肥工业大学》 2010年
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基于能量分析的地震动输入选择及能量谱研究

王德才  
【摘要】:目前结构抗震分析方法通常是基于强度和位移,并没有考虑到地震动持时对结构产生的累积损伤破坏,而能量分析方法不仅可以反映地震动的强度和频谱特性,而且可以有效地考虑强震持时对结构的累积损伤破坏。因此,结构地震反应能量分析方法自从提出以后得到了较为广泛的研究,正在向着实用化的设计方法方向发展。 尽管能量分析方法的研究已经取得了大量的研究成果,但是这种方法仍然存在许多问题需要解决。本文以国家自然科学基金委重大研究计划项目“超高层巨型框架结构弹塑性地震反应与能量分析的研究”为依托,围绕地震动强度指标、设计输入能量谱、累积耗能谱和地震动输入选择选择等与能量分析相关的问题展开了研究。通过对这些具体问题的研究得到了以下结论和研究成果。 1.选择了694条水平运动记录,按照我国场地类别划分标准对记录进行了分类。对15个不同的强度参数之间的相关性以及各强度参数与单自由度和多自由度体系输入能量及滞回能量的相关性分别进行了分析,结果表明,本文建议的强度参数Ie可以较好地表征结构能量需求特征,对能量分析和设计方法作进一步研究可以采用建议的强度参数作为地震动强度指标参考使用。 2.分析了延性、阻尼比和恢复力模型等因素对输入能量谱和滞回耗能谱的影响。结果表明,随着延性的增加,输入能量谱和滞回能量谱峰值减小,谱峰值对应的周期变短。随着阻尼比的增加,输入能量谱和滞回能量谱峰值不断减小,而在长周期范围内,能量谱值则随阻尼比的增大而增大;当周期小于谱峰值对应的周期时理想弹塑性模型和双线性模型相对其它模型属于不保守模型。建议了建立设计输入能量等效速度谱的地震分组参数,并考虑不同阻尼比建立了多段式设计输入能量等效速度谱,给出了设计谱参数的建议值。 3.建立了估计输入能量等效速度谱数学模型,建立的模型可以考虑到延性和阻尼比的影响,并且不依赖于周期,直接通过地震动记录的傅里叶幅值谱对弹塑性输入能量谱进行估计。考虑周期、阻尼比和延性等因素对滞回耗能与输入能量比值谱的影响提出了估计滞回耗能等效速度与输入能量等效速度比值谱的数学模型,并与其它已有模型计算结果进行了对比。结果表明,提出的模型可以较好地对比值谱进行估计,并且可以考虑周期的影响。 4.提出了采用遗传算法和贪婪算法相结合的方式进行优化选择一组记录,使记录的均值谱可以与目标谱较好匹配的方法。对三角级数叠加法人工合成记录、小波变换频域调整实际地震动记录和时域调整实际等模拟地震动记录和实际地震动记录的频谱特征、基于希尔伯特-黄变换的时频特征以及计算得到的结构反应特征进行了分析。结果表明,人工合成记录无论是频谱特征、时频特征还是计算得到的结构反应与实际地震动记录都相差较大,人工合成记录与其它类型记录相比具有较大的能量输入;时域调整记录可以在地震动记录特性上与实际地震动记录较为接近,是产生模拟地震动记录的一种较好的方法。 5.为解决目前地震动记录管理与分析、选择实际地震动记录和生成模拟地震动记录用于实际结构的分析和设计没有可用工具的问题,开发了地震动记录管理与分析程序EQSYS,该程序采用了可视化编程方式,界面友好,可以作为地震动记录管理、分析和选择地震动输入的工具。 6.分析了不同宏观模型的特点,采用MS模型和纤维模型对两根钢筋混凝土柱和两片钢筋混凝土剪力墙构件进行了模拟,并与试验结果进行了对比。结果表明,纤维模型模拟精度要优于MS模型,但是,选择合适的塑性铰长度,采用MS模型也可以达到一定的精度。 7.建议了进行能量分析时选择地震动输入的方法,并给出了具体的实施步骤。通过采用不同方法选择的地震动记录对实例结构模型的分析表明了建议的方法的有效性。 8.分析了不同类型的强震持时指标与单自由度和多自由度实例结构能量反应指标之间的相关性。结果表明,在一定的限值范围内的一致持时指标与各能量反应具有较高的相关性。综上所述,本文对基于能量分析方法的强度指标选择、能量谱特征、设计能量谱的建立、弹塑性能量谱的估计、地震动输入方面实际地震动记录的选择、模拟地震动记录的特点和选择、基于能量分析地震动输入的选择方法和强震持时指标的选择等问题进行了研究并得到了一些有益的结论,为采用能量分析方法进行结构抗震分析和设计提供参考和依据。
【学位授予单位】:合肥工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:P315.9

【引证文献】
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【参考文献】
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【共引文献】
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10 段红霞;李正良;;RC巨型框架结构抗震设计方法研究[J];四川建筑科学研究;2009年01期
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7 赵瑞艳;李树荣;张晓东;苗荣;;基于混合遗传算法的热传导系统最优控制问题求解[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
8 王清;宋年年;王佳庆;姚菁;;优化自抗扰控制器在主汽温控制系统中的应用[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
9 康忠健;徐丽;勾松波;金华蓉;李瑞生;;考虑分布电容的神经网络单相接地故障测距算法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
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3 张亚娟;适应性企业战略协同机制研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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5 陆满君;通信辐射源个体识别与参数估计[D];哈尔滨工程大学;2010年
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8 刘文海;水下被动目标瞬态特征检测技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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1 闫丽梅;高层建筑结构自由振动分析的ODE方法[D];河南理工大学;2010年
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6 吴香庭;基于遗传算法的K-means聚类方法的研究[D];山东科技大学;2010年
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8 李臻;城市公交车辆智能调度优化研究[D];山东科技大学;2010年
9 朱国凯;泰安市农村公路典型路面结构研究[D];山东科技大学;2010年
10 纪二云;基于改进遗传算法的电力系统无功优化的研究[D];山东科技大学;2010年
【同被引文献】
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2 史庆轩;钢筋混凝土结构基于性能的抗震研究及破坏评估[D];西安建筑科技大学;2002年
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【二级引证文献】
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【二级参考文献】
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1 史庆轩;钢筋混凝土结构基于性能的抗震研究及破坏评估[D];西安建筑科技大学;2002年
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9 孟海;密肋复合墙板试验研究及刚度分析[D];西安建筑科技大学;2004年
10 李维涛;地震力作用下钢筋混凝土框架结构损伤演化研究及数值模拟[D];河北工业大学;2004年
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8 伍平;于建华;;结构抗震设计中地震动输入的若干问题[A];四川省振动工程学会2002年学术会议论文集[C];2002年
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1 〔美〕罗丝玛丽·C·威尔金森 庞春 译;评《商人悟语》[N];文艺报;2000年
2 晓浩;气象卫星“旁敲侧击”为战争服务[N];大众科技报;2002年
3 欧阳金惠;倾毕生心血回报社会[N];中国水利报;2011年
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3 董志君;钢筋混凝土结构抗震性能分析方法及体系可靠性研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
4 何利;框架结构基于能量的试验和抗震设计方法研究[D];合肥工业大学;2011年
5 黄艳;大跨度斜拉桥复杂条件下地震反应分析[D];中国地震局工程力学研究所;2012年
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8 全伟;大跨桥梁多维多点地震反应分析研究[D];大连理工大学;2008年
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10 许谋奎;空间变化地震动下变形敏感大跨度结构响应分析[D];同济大学;2007年
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3 赵申;爆炸地震波作用下基于小波包频带能量谱的结构损伤诊断研究[D];西安建筑科技大学;2011年
4 张蕾;基于小波能量谱的轴承振动噪声缺陷辨识方法[D];中国海洋大学;2005年
5 王建光;X射线能量谱分布的研究[D];首都师范大学;2005年
6 李永刚;基于小波与小波包变换爆破振动分析的应用研究[D];中南大学;2007年
7 罗杰;基于钻削力和噪声信号的HMM钻头磨损监测技术研究[D];西安理工大学;2006年
8 尹怡楠;基于Hilbert-Huang变换的港口机械滚动轴承故障诊断技术的研究[D];上海海事大学;2007年
9 韩军;带深桩基础高层建筑结构地震动输入问题研究[D];重庆大学;2004年
10 方达意;基于暂态电流小波能量谱的超高压输电线路故障类型识别[D];湖南大学;2009年
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