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RC框架隔震结构等效线性化分析方法研究

莫帅高  
【摘要】:基于位移的抗震设计方法能否准确预估结构非线性峰值位移响应是隔震结构等效线性化设计的关键,等效线性化分析方法可基于反应谱法有效地计算结构非线性地震响应,进而加快运算的效率和提高分析的精度,从而确保结构具有足够的安全性。本文以两栋RC框架隔震结构为研究对象,首先对5种隔震层等效参数的计算方法及其适用条件进行了对比研究,揭示影响等效计算结果精度的主要因素是等效刚度、等效阻尼比的计算方法;其次,基于SDOF体系位移峰值响应一致的等效原则,建立适用于隔震结构等效线性化方法的精度评价准则;最后,面向不同实际地震波下的等效分析方法整体精度预测需求,以对隔震结构的关键地震峰值响应指标预测能力为核心目标,研究了基于不同类型地震动拟加速度反应谱的等效线性化分析方法,并在74条非脉冲地震动和59条脉冲地震动反应谱法计算结果基础上,评价了各等效方法的精度及稳定性,还分析了地震动相关特征参数对反应谱法等效计算结果的影响,主要工作及结论如下:(1)通过分析本文所选用的5种代表性隔震层等效参数计算方法,包括R-H法、ASD法、JPWRI法、G-Iwan法、Hwang法,研究它们所计算的等效参数随隔震层位移延性系数的变化规律,结果表明:延性系数需求在(30~50)时,R-H法、JPWRI法和Hwang法的等效刚度比值差距不到3%。但G-Iwan法和ASD法的比值差距最大约为15%。随着延性系数逐渐接近50时,R-H法、JPWRI法和Hwang法所算得的等效阻尼比值差距明显,最大约为10%。(2)评价基于《隔规》设计反应谱下的等效计算方法,对RC框架隔震结构分别在中、大震作用下剪力、位移响应指标的预测精度,结果表明:在中震下,对于隔震层位移响应指标而言,我国规范采用的R-H法预测精度最高,误差值在(6~9)%,对比Hwang法的(13~19)%优势明显。但对于层剪力、楼层位移角响应指标来说,R-H法的精度误差值在(-25~-16)%,预测能力下降明显,Hwang法精度误差在(-10~-3)%,预测能力明显提高。并且,Hwang法在大震下,对上述各响应指标的预测精度均较高,基本在10%之内。因此,在反应谱等效分析方法中采用Hwang法会得到更好的结果。(3)评价基于非脉型地震动拟加速度反应谱下的等效计算方法,对结构关键地震响应指标的预测精度,并基于74条非脉冲波的误差结果,分析地震动相关特征参数对等效响应结果的影响,结果表明:我国规范采用的R-H法预测响应结果与弹塑性时程分析结果相比,误差值基本在(19~26)%,对上部结构破坏形态的重要性指标-层间位移的预测稳定性明显具有优势。Hwang法的精度误差在(16~20)%,仅从计算精度看,采用Hwang法较R-H法可以提高(4~5)%;场地类型是影响等效线性化预测关键响应精度的重要因素。土质越松软,等效线性化预测关键响应精度降低(5~15)%。(4)评价基于近断层脉冲型地震动拟加速度反应谱下的等效计算方法预测精度,基于59条脉冲波的误差结果,分析地震动特征参数的影响情况,结果表明:我国规范所采用的R-H法对于脉冲波下的结构关键响应指标预测精度误差基本在(15~20)%,较非脉冲波整体提高5%左右,对层间位移的预测稳定性依旧最好。Hwang法的精度误差在(11~17)%,整体提高4%左右;PGV/PGA、场地类型、脉冲周期均是影响等效线性化预测关键响应精度的重要因素。PGV/PGA值提高30%,等效线性化预测关键响应整体精度降低20%左右。土质越松软,整体精度降低10%左右。受脉冲周期影响,等效线性化预测关键响应精度变低,整体精度范围在(25~30)%。


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