长周期结构地震反应特点及高阶振型影响分析

发布时间：2017-09-28 22:25

  本文关键词：长周期结构地震反应特点及高阶振型影响分析

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【摘要】：长周期地震动具有峰值加速度PGA低、峰值速度PGV和峰值位移PGD相对较大、持续时间TD相对较长,并且长周期成分丰富的特点。历次灾害表明,长周期结构受长周期地震动影响较大,破坏程度明显高于普通地震动。随着城市化进程的加快,自振周期较长的超高层建筑越来越多,长周期结构在长周期地震动作用下的地震反应特点具有重要的研究价值。基于长周期地震动的时频特性和长周期结构的地震反应特点,本文主要研究内容如下：(1)本文基于东日本Mw9.0级地震对远场地震动的长周期特性进行分析,研究了远场地震动在时域和频域的特征,分析了传播距离对远场地震动时频参数的影响。研究结果表明,随着传播距离的增大,地震动持续时间并未衰减,而是表现出增大的趋势；特征周期Tp和平均周期Tm均表现出明显的增大趋势；相比于峰值加速度PGA的快速衰减,峰值位移PGD衰减相对较慢。结果证明大震级地震下的远场地震动具有持续时间长,强度低而位移相对较大的特点,表现出明显的长周期特性。在此基础上,本文基于傅里叶幅值谱,提出了远场长周期地震动界定指标λ,筛选出大量远场长周期地震动,研究震级、震中距和场地条件对远场长周期地震动的影响。(2)本文利用有限元计算分析软件ETABS并采用时程分析法对框架-核心筒模型在普通地震动和长周期地震动作用下的地震反应进行了分析比较。结果表明,长周期地震动作用下长周期结构的水平位移、层间位移角、基底剪力和倾覆力矩均大于普通地震动作用下和规范反应谱法计算的结果。长周期结构在长周期地震动作用下,结构最大反应通常出现在地震动中后期,结构响应水平整体较大,在较长时间内结构反应总是接近反应最大值,这种反应特点对结构抗震更加不利。(3)本文基于各阶振型对结构基底剪力的影响,认为振型质量参与系数r.与反应谱幅值α的乘积能够反映各阶振型对基底剪力的贡献,提出了考虑高阶振型的长周期结构地震动选取方法,并通过将ETABS模型时程分析的基底剪力计算结果与反应谱法计算结果相比较,验证其合理性。(4)本文采用基于振型分解的结构动力响应分析方法计算了长周期结构在不同振型组合下的地震反应,研究了高阶振型对高层建筑结构地震反应的影响。分析表明,高阶振型对长周期结构内力的影响较位移更为显著,并且高阶振型的贡献大小与结构自身的动力特性和地震动的频谱特性有关。
【关键词】：长周期地震动 远场地震动 长周期结构 地震动选取 高阶振型
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU311.3
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 研究背景11
• 1.2 长周期高层建筑结构的发展概况和地震灾害11-14
• 1.2.1 发展概况11-13
• 1.2.2 地震灾害13-14
• 1.3 国内外研究现状14-17
• 1.3.1 远场地震动长周期特性研究现状14
• 1.3.2 远场长周期地震动界定方法及反应谱影响因素研究现状14-15
• 1.3.3 长周期结构地震反应特点研究现状15
• 1.3.4 长周期结构时程分析地震动选取的研究现状15-16
• 1.3.5 长周期结构高阶振型影响研究现状16-17
• 1.4 论文研究内容及意义17-18
• 1.5 论文组织结构18-19
• 参考文献19-23
• 第二章 远场地震动长周期特性研究23-45
• 2.1 引言23
• 2.2 数据来源23-24
• 2.3 远场地震动数据库24-25
• 2.4 时域分析25-32
• 2.4.1 持时分析26-28
• 2.4.2 强度指标分析28-31
• 2.4.3 参数分析31-32
• 2.5 频域分析32-35
• 2.5.1 傅里叶谱32-33
• 2.5.2 频谱周期33-35
• 2.6 覆盖土层对地震动特性影响分析35-42
• 2.6.1 峰值加速度35-36
• 2.6.2 峰值速度36-38
• 2.6.3 峰值位移38-39
• 2.6.4 深厚覆盖土层对长周期地震动影响分析39-42
• 2.7 本章小结42-43
• 参考文献43-45
• 第三章 远场长周期地震动界定方法及反应谱影响因素分析45-57
• 3.1 引言45
• 3.2 远场长周期地震动的界定方法45-50
• 3.2.1 长周期地震动界定指标45-46
• 3.2.2 基于傅里叶谱的远场长周期地震动界定方法46-49
• 3.2.3 长周期地震动界定方法验证49-50
• 3.3 远场长周期地震动强震记录资料50-52
• 3.4 远场长周期地震动的影响因素52-54
• 3.4.1 场地条件52-53
• 3.4.2 震中距53
• 3.4.3 震级53-54
• 3.5 本章小结54-55
• 参考文献55-57
• 第四章 长周期结构地震反应特点分析57-71
• 4.1 引言57
• 4.2 有限元模型57-60
• 4.2.1 结构基本概况57-59
• 4.2.2 结构动力特性分析59-60
• 4.3 时程分析地震动输入60-62
• 4.4 结构地震反应分析与比较62-67
• 4.4.1 水平位移62-63
• 4.4.2 层间位移角63-65
• 4.4.3 层剪力65-66
• 4.4.4 倾覆力矩66-67
• 4.5 结构反应时程轨迹分析67-69
• 4.6 本章小结69-70
• 参考文献70-71
• 第五章 长周期结构时程分析地震动的选取研究71-78
• 5.1 引言71
• 5.2 规范地震动选取方法71-72
• 5.3 长周期结构地震记录选取方法72-76
• 5.3.1 方法的提出72-74
• 5.3.2 地震动选取74-75
• 5.3.3 分析结果验证75-76
• 5.4 本章小结76-77
• 参考文献77-78
• 第六章 长周期结构高阶振型影响分析78-87
• 6.1 引言78
• 6.2 高层建筑考虑高阶振型的必要性78-79
• 6.3 高阶振型影响分析79-84
• 6.3.1 楼层位移79-80
• 6.3.2 层间位移角80-81
• 6.3.3 层剪力81-83
• 6.3.4 倾覆力矩83-84
• 6.4 本章小结84-85
• 参考文献85-87
• 第七章 结论与展望87-91
• 7.1 结论87-89
• 7.1.1 远场地震动长周期特性87
• 7.1.2 远场长周期地震动界定方法及反应谱影响因素分析87
• 7.1.3 长周期结构地震反应特点87-88
• 7.1.4 长周期结构工程地震动选取方法88
• 7.1.5 高阶振型对长周期结构地震反应影响特点88-89
• 7.2 本文创新点89
• 7.3 展望89-91
• 致谢91-93
• 硕士期间发表论文93

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：938418