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基于人造地震动的IDA研究

丁无忌  
【摘要】:建筑结构抗震能力研究是结构工程研究的重要组成部分,传统结构抗震设计是基于反应谱理论,反应谱理论虽然把结构的动力特征和地震动特征之间联系起来,但结构反应为弹性阶段。在此理论下,若保持结构在大震作用的安全性,则建设费用很高,为此提出了基于性能的抗震设计理论,其主要计算方法是通过对结构输入大量的地震动进行弹塑性时程分析(IDA方法)。结构的弹塑性时程分析首先要确定合理的输入地震动,而实际地震动是一个非常复杂的随机过程,所以合成具有统计意义的人造地震将极大减少IDA分析计算量。目前关于人造地震动的合成方法是基于拟合目标反应谱,评价其合理性为是否足够的拟合精度,而对人造地震动合成参数以及对结构弹塑性时程分析的影响并未作深入研究。因此,本文针对不同拟合参数和结构滞回特征对人造地震动弹塑性时程分析影响问题进行如下研究:(1)总结了地震动的工程特性和时程分析输入地震动选取原则,并基于台站和地震信息选取21条实际地震动,计算其平均反应谱为目标反应谱,根据人造地震动合成的基本法方法,采用Matlab编程合成不同拟合参数的人造地震动。(2)用有限元软件OpenSees建立四种不同周期单自由度体系,并用上述人造地震动和实际地震动作为输入地震动进行IDA分析。通过对强度包络线上升、平稳和衰减时间控制点讨论,研究强度包络线形状对人造地震IDA分析的影响,研究表明:强度包络线的形状对人造地震动的拟合精度和峰值加速度都有一定的影响,地震动平稳段的时间长短在时间轴上的分布对结构弹塑性反应却有显著的影响。(3)分析了持时、阻尼和相位等拟合参数对人造地震动IDA分析的影响。研究表明:持时对结构弹塑性的影响主要表现在累计损伤上,但是其影响与结构周期和地震动强度有关;阻尼不仅影响人造地震动幅值大小还影响其频率成分,目标反应谱阻尼系数应与分析结构阻尼一致;相位对人造地震动的弹塑性反应与结构周期有直接关系,且通过合理的调整相位可以有效提高人造地震动拟合精度。(4)分析比较了单自由度体系的延性系数、强化系数、软化系数、滞回捏拢和刚度退化对人造地震动IDA分析的影响。研究表明:延性系数能显著提高结构抗震性能,但对地震动不确定性造成的离散性也越大。不同滞回特征参数对人造地震动弹塑性分析的影响主要表现在其控制结构不同阶段的刚度变化,对刚度影响越大的参数,对人造地震动弹塑性分析结果影响也越大。


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