隔震结构的非线性谱及其输入能量研究

【摘要】为了减轻或控制结构的地震响应,使得建筑物在地震作用下产生的位移和变形较小,目前的措施主要是减震隔震,此种方法不需要外部能量的供给,而是通过隔震层来阻隔和消耗大量的能量,使输入到结构上层的能量减小,从而保证结构的安全。这种结构构造简单、造价较低、易于维护、减震效果令人满意,已经广泛地应用于各个工程领域。自1950年Housner提出能量法以来,能量法在半个世纪的发展非常迅速,原因在于能量的传递、转化和吸收(耗散)是结构地震反应的基本特征。此外,结构的速度响应是结构加速度响应与位移响应的连接纽带,即速度与结构的频率相结合就可以表示结构的加速度和位移响应。能量分析方法能够较好地研究基础隔震结构的非线性特性及其强震下的性能,但是结构的能量计算相对较复杂,故本文旨在找到速度和能量的关系,以期用结构的速度响应代替能量响应,使在后续的分析过程中用简单的指标来描述结构的性能。本文主要从以下几个方面进行研究：(1)本文选取的30条地震记录均来自美国太平洋地震工程研究中心(PEER)强震数据库,选择的原则为：选取的地震记录矩震级均大于5.5级、震源距小于20km、震源机制为走滑断层、土层剪切波速为180-360m/s。(2)由于隔震结构隔震层的存在,本文首先从能量的角度出发,探讨隔震结构的简化模型应为单自由度体系还是两自由度体系,分析了参数不同时结构的总输入能的异同,得出了隔震结构可以简化为单自由度体系的结论。(3)利用Matlab编程,采用状态空间法,得到结构在弹性状态的速度反应谱,研究了速度反应谱的特征并给出了设计速度反应谱的拟合公式,然后分析了考虑隔震支座的滞回模型为Bouc-Wen模型时的结构的非线性速度反应谱,得到线性与非线性速度反应谱的关系。(4)研究隔震结构的能量谱与速度反应谱的关系,令结构的等效速度与速度比为α,称之为结构的α谱,然后分析地震动三要素——地震动幅值、地震频谱特性、地震动持时和结构自身的动力特性——刚度折减系数和阻尼比对α谱的影响。
【作者】徐天妮；
【导师】杜永峰；
【作者基本信息】兰州理工大学，结构工程，2014，硕士
【关键词】基础隔震；速度反应谱；能量谱；非线性；

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