强震动记录处理方式对结构弹塑性响应的影响研究

发布时间：2020-05-21 05:33

【摘要】：随着计算机性能的不断提高,结构弹塑性建模软硬件技术的日益成熟,弹塑性时程分析的应用范围越来越广。虽然作为不确定性主要来源的地震动输入选择已有了大量学术研究成果,但是对于强震动记录处理方式对结构弹塑性响应的关注却十分欠缺。作为去除噪声,保留地震动有效信息的关键环节,强震动记录处理方式是后续地震工程以及结构工程研究的基础工作。而工程关心的强地震动输入往往来自于较强的破坏性地震,如汶川地震,集集地震,日本311地震等,上述地震的近场地震记录往往包含着速度脉冲,永久位移等不同于普通中远场地震记录的特点。学者虽然均已经提出了诸多强震动记录处理方案,但是上述研究往往局限于是记录处理方式本身,而并没有从工程输入和结构响应的角度对其进行系统分析。针对上述问题,本文拟针对强震动滤波以及基线校正方式等处理方式对结构弹塑性响应的影响展开研究,具体研究内容如下:(1)本文将强震动记录按照是否含有速度脉冲和永久位移分为四种类型,考虑了多项式基线校正、Butterworth滤波以及基线趋势线校正方式等几种强震动记录处理方法。采用花莲地震,集集地震,日本311地震以及典型的El-centro等强震动记录做为算例,分析结果表明采用Butterworth滤波方法不仅会对残余永久位移造成影响,同时会很大程度上影响速度脉冲的形状。WuWu的方法在所选方法中对保留强震动记录的永久位移信息真实性效果最好,在合理选择参数的条件下校正后的计算位移和GPS同震位移比较一致。(2)从结构弹塑性需求,层延性需求等多个角度探讨不同处理方式对单(多)自由度体系结构弹塑性响应的影响。分别以一9层和一14层多自由度结构为例,计算三种非滤波处理方式下的单自由度弹塑性位移比谱,表明多自由度层延性需求之间的差异可以忽略不计,即使在较大的强度折减系数或较低的剪重比下,该结论依然成立。而采用滤波处理方法的结果在长周期部分弹塑性响应与其余方法差别较大。(3)分析了不同强震动记录类型对弹塑性时程分析的影响,采用Opensees以3层和15层平面RC框架结构,以及115m高层核心筒结构进行分析。结果表明,平面RC框架的计算结果表明含有速度脉冲的强震动记录,在采用Butterworth滤波方法处理的情况下得到的响应会明显低估最大层间位移角,顶点最大加速度及底部最大剪力也明显区别于其余方法的结果。含有永久位移的强震动记录,在采用Butterworth滤波方法处理的情况下得到的层间位移角,顶点最大加速度及底部最大剪力与其余方法的结果存在差异。混凝土核心筒结构的计算结果表明不同处理方法对结构倒塌性能的估计存在影响。综上所述,对于不含速度脉冲也不含永久位移的强震动记录,记录处理与否对于弹塑性时程分析结果的影响并不显著,实际操作中通过简单的Butterworth滤波滤除高低频噪声即可。对于包含速度脉冲或(及)永久位移的强震动记录,Butterworth滤波在滤除噪声的同时也对速度脉冲形状和地表永久位移的影响较大,并会传递到最后的弹塑性时程分析结果中,且对短,中,长周期结构均可能产生影响。当采用包含速度脉冲与永久位移的大震近断层强震动记录作为地震动输入时,推荐采用基于基线趋势线校正的处理方法。此外虽然不同基线趋势线校正方法得到的残余永久位移信息不同,但是对速度脉冲波形影响不大,其结构响应也并无显著差异。
【图文】：

示意图,基线校正,模型,示意图

中国地震局工程力学研究所硕士学位论文面概念处理方案也会去除同震位移对应的内容。研究人员试图用各种技术来恢复同震位移，去除低频内容的噪声部分，保留与同震位移相对应的信号。高通滤波的地面运动处理产生零基线波形，不保留同震位移分量。早在 1976 年，，Bogdanov 和 Graizer 就提出了提取残余位移的替代方法。在Graizer 中，提出了一种从原始时间序列中减去三阶多项式的多项式平差技术，多项式系数是由调整速度平方和的最小值决定的。Graizer 指出，作为使用该方法的条件之一，旋转和倾斜的影响应该是很小的，由于有证据表明在这次地震期间加德满都周围倾斜，这种方法将不会被使用。可能使用最广泛的方法是 Iwan 等人的，随后被一些研究人员进行了改进。Iwan 建议使用两个恒定加速度调整，am在 t1到 t2的时间，af在 t2到 tf的时间，通常以 tf作为记录的结束(td)，以修正线速度的趋势。Iwan 等人提出的一些建议，如基于阈值加速度(50cm /sec.2)的时间即时选择，是专门基于所研究的传感器的响应。随后该方法得到了广泛的应用，并进行了改进，这表明该方法可适用于多种不同的地面运动记录和传感器行为。

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第一章绪论Wu 和 Wu 通过识别物理现象来辅助时间瞬时选择，并添加第三次瞬时 t3。Rupakhety 等人使用了第三次瞬时 t3，并添加了一个基于速度的傅立叶振幅低频部分的平整度来选择 t2的过程。在 t1的选择中，方法仍然保留了主观性。Chao 等人利用 Wu 和 Wu 模型，根据加速度时程中能量分布比的一定值，取时间瞬间 t2和 t3。1.3本文研究内容框架本文将以包含残余永久位移和速度脉冲的强震记录为研究对象，以日本 3地震，台湾集集地震，台湾花莲地震等典型强震记录为算例，探讨多项式基线正，Butterworth 滤波，以及考虑残余位移的基线校正方式等多种常用的强震动录处理流程对 SDOF，MDOF，RC 框架和框架核心筒结构的弹塑性响应的影响本文研究框图整理为图 1-2：
【学位授予单位】：中国地震局工程力学研究所
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU311.3

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