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《中国地震局工程力学研究所》 2006年
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基于强震和风振记录分析隔震结构的动力特性

韦永祥  
【摘要】: 福建省防震减灾中心大楼是一栋11层的钢筋混凝土框架-剪力墙体系的隔震建筑,在地下室顶板下共设置橡胶隔震支座52个,并且在大楼里安有强震观测台阵,该结构反应台阵从2005年8月投入使用至今,已经记录到多次中心大楼的地震反应,如江西九江地震,浙江文成地震,台湾的台东和花莲等地震,同时也记录到中心大楼在台风“龙王”期间的振动情况。本文从结构反应台阵记录到的数据中选取30次较大地震共570条记录,以及台风“龙王”期间大楼风振响应较大的记录,对中心大楼的振动特性进行了研究,基本思路是:首先利用结构台阵获得的多次地震和风振记录识别结构动力特性的最重要参数(周期和阻尼比等),从总体上把握结构的定性振动特征,进而通过两种方式建立结构模型,一种是经验预测结构模型(ARMA模型),这种方法的优点是参数识别简单,使用观测数据点少,可用于结构的实时在线观测,方便工程应用,另一种是建立真实的空间结构模型,利用ETABS软件分析和模拟大楼结构地震反应的振动过程,但这需要依据实际观测资料不断修改和完善。根据这一思路本文做了相关研究,主要成果如下: 1.本文简要归纳了基础隔震建筑的隔震机理,并介绍了中心大楼结构反应台阵的布设情况,及其记录到中心大楼在地震作用下和台风期间的反应情况,并对记录数据处理方法作了简介,为分析中心大楼的振动特性奠定基础。 2.对中心大楼地震反应的观测数据进行了研究。首先分析大楼场地的特征周期,接着分别从时域和频域两方面对大楼的动力特性进行分析和解释,并从传递函数中统计出大楼的卓越频率、阻尼比,大楼第一阶振型频率为南北向1.41Hz、东西向为1.58Hz,相应阻尼比分别为3.3%和3.6%,说明大楼在这30次地震中表现的振动特性很稳定。同时对大楼扭转效应进行初步研究,表明大楼在小地震作用下仍有扭转效应,并求出扭转卓越频率为2.0Hz。最后评价中心大楼的隔震效果,认为大楼振动基本上仍处于线弹性范围内,无明显隔震效果。 3.本文推导了基于振型分解法的ARMA模型,同时应用于隔震建筑中,预测中心大楼地震反应的情况,并且求出中心大楼的传递函数,与频域中的传递函数进行分析对比,说明ARMA模型仅依据十几秒的地震记录就能预测出大楼整个振动过程,而且有较高的精度,将来可应用于大楼的实时振动监测。 4.用ETABS软件建立了中心大楼的模型,以地下室记录到的地震波来输入,通过理论分析和实测结果的比较,存在差异较小,说明空间结构模型具有很高的可靠性。同时依据大楼推动实验的结果调整隔震支座的非线性参数,利用大楼自由场地记录到的三条地震记录作为加速度输入,模拟大楼在中小地震作用下的动力反应,分析大楼各层加速度峰值、层间位移峰值和铅芯橡胶支座的滞回性能等,说明大楼具有很好的抗震性能,同时也说明隔震结构建模是一项重要且十分复杂的工作,需要通过强震观测记录来不断修正。 5.以台风“龙王”期间中心大楼结构反应台阵实时记录到的加速度时程入手,分析和解释了结构在风振响应中的振动特点,并与结构脉动测试和地震反应的结果相比较,说明隔震结构的风振响应与地震反应有很大的差别,风振响应类似于有阻尼自由衰减振动,主要由隔震层来消耗振动能量,这为我们更进一步了解中心大楼在不同动荷载激励下的动力特性奠定基础。 最后,作者对本文的研究工作进行了总结,讨论了今后应该进行的研究工作。
【学位授予单位】:中国地震局工程力学研究所
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TU352.12

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【参考文献】
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