基于双过滤白噪声激励的层间隔震结构随机响应的解析解法
发布时间：2020-12-25 10:42
层间隔震结构基于双过滤白噪声随机地震动激励下的响应的快速精确分析是其工程应用的前提,提出了一种分析层间隔震结构各种设计参数方差和谱矩的新解法。首先,建立层间隔震结构的地震动方程,并利用双过滤白噪声谱的滤波方程将地面运动转化为白噪声激励;利用复模态法获得各类结构设计参数基于白噪声激励的杜哈梅积分表达式,基于随机振动理论,获得了设计参数的由振动复特征值与频域变量平方和表示的功率谱的简明表达式。最后,获得了层间隔震结构0-2阶谱矩的由振动复特征值线性组合表示的解析解。所给算例验证了本文方法的准确性和高效性。
【文章来源】：结构工程师. 2020年04期 北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
计算简图Fig.1Calculatingdiagramofstructure
·抗震与抗风·结构工程师第36卷第4期从图4可知，与层间隔震相比较，隔震层设置在基础层时，结构各层相对于地面的位移方差较大；随着隔震层位置的上移，隔震层以下的位移方差降低较大，而隔震层以上的结构位移方差则降低较校这主要是由于隔震层抗侧刚度远小于结构层的抗侧刚度，而隔震层以下结构层的位移是由结构的抗侧刚度决定，隔震层以上的结构位移主要是由隔震层位移而引起。从图5可知，各层层间位移方差随着隔震层的变化规律比较复杂。基础隔震时各层间位移相差不大，1层顶隔震时，除5层除外，其他楼层的层间位移均最校因此，1层顶隔震是本算例最优位置。此外，隔震层对其相邻上部楼层的层间位移起到较好的减震效果。从图6可知，结构层的层间剪力方差变化趋势与层间位移方差一致，这是由文中式（23）及式（24）可知。6结论本文就层间隔震结构基于Clough-Penzien谱随机激励下的楼层位移、层间位移及层间剪力等设计参数的功率谱、谱矩和方差的分析提出了新的解析解法，并研究了隔震层位置对设计参数的影响，获得如下结论：（1）利用Clough-Penzien谱的滤波方程与结构地震动方程联合求解，可将复杂的地震动模型转化为白噪声激励模型，从而获得层间隔震结构设计参数的简明解析解。通过与传统虚拟激励法进行对比分析，验证了本文方法的正确性、简洁性和高效性的特点。（2）层间隔震层的位置对结构地震动响应的影响比较大，针对具体结构的层间隔震位置的设置需经具体分析来确定，但层间隔震对相邻上层的减震效果最为明显。（3）本文方法为CQC方法，由于所获层间位移的方差和0-2阶谱矩均具有解析表达式，极大地提高了计算效率。（4
1可知，当Dω=0.5rad/s和积分区间为[01000]时，本文方法与虚拟激励法的数值方法的0-2阶谱矩误差均很小，且随着Dω的变小，虚拟激励数值方法与本文方法精度越来越接近，说明了本文解析解的正确性。由于结构为低频特征，利用虚拟激励法的频率取有限范围即可获得精度很高的解。由于本文方法为解析解，故计算效率是最高的。5.3隔震层设置位置效果对比为研究隔震层设置位置与结构设计参数响应的关系，分别给出楼层位移、层间位移和层间剪力与隔震层设置位置的关系图，如图4-图6所示。图3隔震层的Sx(ω)对比图Fig.3ComparativediagramofSx(ω)ofisolatedfloor图21层的Sx(ω)对比图Fig.2ComparativediagramofSx(ω)of1stfloor表12层的结构层位移的0-2阶谱矩计算精度及效率对比表Table1Comparisonofcalculationaccuracyandefficiencyof0-2orderspectralmomentsofdisplacementof2ndfloor楼层本文方法①②③0阶谱矩／m21.919×10-51.917×10-51.919×10-51.919×10-51阶谱矩／(m2·s-1)1.876×10-41.874×10-41.876×10-41.876×10-42阶谱矩／(m2·s-2)2.753×10-32.751×10-32.753×10-32.753×10-3误差／%0阶谱矩0.090.000.001阶谱矩0.080.000.002阶谱矩0.050.000.00耗时／s0.0570.2560.9201.822表24层的层间位移的0-2阶谱矩计算精度及效率对比表Table2Comparisonofcalculationaccuracyandefficiencyof0-2orderspectralmomentsofdisplacementof4thfloor楼层本文方法①②③0阶谱矩／m23.005×10-63.
【参考文献】：
期刊论文
[1]层间隔震结构参数分析与减震性能研究[J]. 宋晓,谭平,周福霖,滕晓飞. 地震工程与工程振动. 2018(05)
[2]近断层地震下层间隔震结构及其试验模型动力响应分析[J]. 韩淼,崔明珠,杜红凯,孙一林,罗楚雄. 建筑科学. 2017(03)
[3]近断层地震动对层间隔震结构动力响应影响分析[J]. 韩淼,张文会,朱爱东. 世界地震工程. 2015(02)
[4]层间隔震体系的理论研究[J]. 周福霖,张颖,谭平. 土木工程学报. 2009(08)
[5]考虑参数优化的层间隔震结构振动台试验研究[J]. 祁皑,郑国琛,阎维明. 建筑结构学报. 2009(02)
[6]基础隔震结构基于Clough-Penzien谱随机地震响应分析的复模态法[J]. 李创第,丁晓华,陈俊忠,黄志华. 振动与冲击. 2006(05)
[7]基于Kanai-Tajimi/Clough-Penzien模型时MTMD的动力特性[J]. 李春祥,熊学玉. 振动与冲击. 2002(04)
本文编号：2937495
【文章来源】：结构工程师. 2020年04期 北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
计算简图Fig.1Calculatingdiagramofstructure
·抗震与抗风·结构工程师第36卷第4期从图4可知，与层间隔震相比较，隔震层设置在基础层时，结构各层相对于地面的位移方差较大；随着隔震层位置的上移，隔震层以下的位移方差降低较大，而隔震层以上的结构位移方差则降低较校这主要是由于隔震层抗侧刚度远小于结构层的抗侧刚度，而隔震层以下结构层的位移是由结构的抗侧刚度决定，隔震层以上的结构位移主要是由隔震层位移而引起。从图5可知，各层层间位移方差随着隔震层的变化规律比较复杂。基础隔震时各层间位移相差不大，1层顶隔震时，除5层除外，其他楼层的层间位移均最校因此，1层顶隔震是本算例最优位置。此外，隔震层对其相邻上部楼层的层间位移起到较好的减震效果。从图6可知，结构层的层间剪力方差变化趋势与层间位移方差一致，这是由文中式（23）及式（24）可知。6结论本文就层间隔震结构基于Clough-Penzien谱随机激励下的楼层位移、层间位移及层间剪力等设计参数的功率谱、谱矩和方差的分析提出了新的解析解法，并研究了隔震层位置对设计参数的影响，获得如下结论：（1）利用Clough-Penzien谱的滤波方程与结构地震动方程联合求解，可将复杂的地震动模型转化为白噪声激励模型，从而获得层间隔震结构设计参数的简明解析解。通过与传统虚拟激励法进行对比分析，验证了本文方法的正确性、简洁性和高效性的特点。（2）层间隔震层的位置对结构地震动响应的影响比较大，针对具体结构的层间隔震位置的设置需经具体分析来确定，但层间隔震对相邻上层的减震效果最为明显。（3）本文方法为CQC方法，由于所获层间位移的方差和0-2阶谱矩均具有解析表达式，极大地提高了计算效率。（4
1可知，当Dω=0.5rad/s和积分区间为[01000]时，本文方法与虚拟激励法的数值方法的0-2阶谱矩误差均很小，且随着Dω的变小，虚拟激励数值方法与本文方法精度越来越接近，说明了本文解析解的正确性。由于结构为低频特征，利用虚拟激励法的频率取有限范围即可获得精度很高的解。由于本文方法为解析解，故计算效率是最高的。5.3隔震层设置位置效果对比为研究隔震层设置位置与结构设计参数响应的关系，分别给出楼层位移、层间位移和层间剪力与隔震层设置位置的关系图，如图4-图6所示。图3隔震层的Sx(ω)对比图Fig.3ComparativediagramofSx(ω)ofisolatedfloor图21层的Sx(ω)对比图Fig.2ComparativediagramofSx(ω)of1stfloor表12层的结构层位移的0-2阶谱矩计算精度及效率对比表Table1Comparisonofcalculationaccuracyandefficiencyof0-2orderspectralmomentsofdisplacementof2ndfloor楼层本文方法①②③0阶谱矩／m21.919×10-51.917×10-51.919×10-51.919×10-51阶谱矩／(m2·s-1)1.876×10-41.874×10-41.876×10-41.876×10-42阶谱矩／(m2·s-2)2.753×10-32.751×10-32.753×10-32.753×10-3误差／%0阶谱矩0.090.000.001阶谱矩0.080.000.002阶谱矩0.050.000.00耗时／s0.0570.2560.9201.822表24层的层间位移的0-2阶谱矩计算精度及效率对比表Table2Comparisonofcalculationaccuracyandefficiencyof0-2orderspectralmomentsofdisplacementof4thfloor楼层本文方法①②③0阶谱矩／m23.005×10-63.
【参考文献】：
期刊论文
[1]层间隔震结构参数分析与减震性能研究[J]. 宋晓,谭平,周福霖,滕晓飞. 地震工程与工程振动. 2018(05)
[2]近断层地震下层间隔震结构及其试验模型动力响应分析[J]. 韩淼,崔明珠,杜红凯,孙一林,罗楚雄. 建筑科学. 2017(03)
[3]近断层地震动对层间隔震结构动力响应影响分析[J]. 韩淼,张文会,朱爱东. 世界地震工程. 2015(02)
[4]层间隔震体系的理论研究[J]. 周福霖,张颖,谭平. 土木工程学报. 2009(08)
[5]考虑参数优化的层间隔震结构振动台试验研究[J]. 祁皑,郑国琛,阎维明. 建筑结构学报. 2009(02)
[6]基础隔震结构基于Clough-Penzien谱随机地震响应分析的复模态法[J]. 李创第,丁晓华,陈俊忠,黄志华. 振动与冲击. 2006(05)
[7]基于Kanai-Tajimi/Clough-Penzien模型时MTMD的动力特性[J]. 李春祥,熊学玉. 振动与冲击. 2002(04)
本文编号：2937495
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