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基于动力测试的无填充墙基础隔震框架结构动力性能研究

李林  
【摘要】:基于动力测试的工程结构动力特性分析在工程以及学术上都有重要的意义,也是结构工程领域的一个热点问题。结构动力特性的精确识别是结构抗震分析、损伤识别等重要问题研究的前提和基础。多年来,一些新的动力特性识别的方法也相继出现和发展,但一些传统的识别方法还存在着不同程度的不足和缺点,所以更加精确的动力特性识别方法还需要进一步研究和探讨,使之更好地应用到实际的工程中。基于以上所述现状,选取一栋基础隔震框架结构为研究对象,进行了环境激励下的动力测试,分别运用时域和频域的参数识别方法精确识别出了动力参数,最后基于识别的结果对环境激励下的基础隔震结构动力特性进行了进一步的研究。 本文概述了环境激励下的结构模态参数识别方法,对其中的随机子空间法(Stochastic Subspace Identification,SSI)、STD法和RFP法三种方法的算法原理进行了详细介绍,并对识别过程中所涉及的主要问题进行了分析研究。 本文选取的三种方法在信号的处理、参数的精确识别等方面均具有较大的优势。SSI方法是一种相对比较好的时域识别方法,其数学模型是离散状态空间方程,将输入假定为白噪声,直接利用系统的输出求解状态空间方程的系统矩阵和输出矩阵得到结构的模态参数。STD法使用脉冲响应或自由衰减响应信号,通过延时、虚拟测点技术来构建响应矩阵,并直接构造Hessenberg矩阵,避免对特征值矩阵进行QR分解,可识别误差并免除有偏误差,减少了用户参数选择,提高了识别精度。RFP法是从传递函数或频响函数有理分式表达式的自身特性出发,通过拟合识别传递函数或频响函数有理分式的分子、分母幂多项式系数进而来识别结构的动力特性。 本文对兰州市一四层无填充墙基础隔震框架结构进行了环境激励下的动力测试,并进行了有限元建模,运用三种方法识别了结构的模态参数并进行了对比,结果显示三种方法的识别结果均有很高的精确性和相关性。鉴于环境激励下隔震支座实际的水平刚度与其设计的刚度值的不同,采用多目标优化的方法反演了环境激励下隔震层的实际水平等效刚度,并与多遇地震设计情况下的设计刚度进行了比较,结果表明在环境激励下隔震层水平等效刚度要远大于设计值。另外对阻尼性能以及基础隔震系统的动力性能进行了分析。


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