结构非线性时程分析输入地震波选择方法

发布时间：2017-04-20 16:24

  本文关键词：结构非线性时程分析输入地震波选择方法，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：时程分析法已成为多数国家抗震设计规范的核心方法,随着大量强震记录的获得,如何选择合理的输入地震波就成为近年来学者们关注的热点问题。本文在总结归纳国内外学者提出的诸多不同选波方法的基础上,主要就引入“归一化振型参与系数”以考虑高阶振型对结构地震反应影响的选波方法,以远断层和近断层各20条地震波输入下Benchmark抗弯钢框架结构的最大层间位移角平均反应为基准,分析其在结构非线性时程分析中的适用性,并与美国ASCE7-05规范时程分析要求的地震波选择及调整方法比较。本文完成了以下工作：(1)归纳了国内外规范对于时程分析中输入地震波的要求,以及不同学者提出的选波方法。详细介绍了考虑高阶振型影响的选波方法和美国ASCE7-05规范地震波选择及调整方法。(2)以美国SAC Steel Project提出的3层、9层和20层Benchmark抗弯钢框架结构作为算例,使用SAP2000软件建立了结构非线性分析模型,并通过结构自振特性分析和不同非线性梁柱单元模型(集中塑性铰和分布塑性铰)时程分析结果比较,初步验证了模型可信性。(3)选取不同地震中10个台站双向水平共20条远断层地震波,采用本文选波方法选取3条地震波并依据ASCE7-05要求选取7条地震波,分别作为输入分析了不同PGA下3层、9层和20层Benchmark抗弯钢框架结构的最大层间位移角。对于低层结构(3层),本文选波方法有着很好的适用性；而对于中、高层结构(9层和20层),本文选波方法存在低估楼层最大层间位移角的情况,计算结果误差在-15%至30%左右。但仅就最薄弱楼层和次薄弱楼层号的判断和层间位移角计算来看,本文选波方法计算得到平均值与20条波计算得到的平均值基本一致。ASCE7-05方法计算得到的结构不同PGA下最大层间位移角及其沿楼层分布与20条波输入下计算得到平均结果相近,均偏大20%左右。ASCE7-05选波方法没有发生低估楼层最大层间位移角的情况。本文选波方法与之相比,对最薄弱楼层和次薄弱楼层号的判别上二者一致,其最大层间位移角计算值要大于ASCE7-05方法。(4)选取不同地震中20个台站20条含速度脉冲的近断层地震波,以9层和20层Benchmark抗弯钢框架结构为例,分析了本文选波方法和ASCE7-05方法对具有速度脉冲波形的近断层地震动输入的适用性。结果表明,在近断层地震动输入下,对于9层Benchmark抗弯钢框架结构,本文选波方法计算得到的最大层间位移角沿楼层分布与20条波平均值更相近；但对于20层Benchmark抗弯钢框架结构,本文选波方法最大层间位移角几乎在第11层,第4层和第3层同时发生,对应层间位移角分别为1/37、1/38和1/40,相对误差不足3.9%;而20条地震波和ASCE7-05选波调整方法输入时则显示最大层间位移角发生在第3层,最大层间位移角分别是1/42和1/27,就该数值而言本文选波方法与之基本一致。综合分析认为：本文选波方法对远断层和近断层地震波,在实际结构非线性抗震分析过程中都可用。考虑实际工程应用,结合ASCE7-05规定建议在使用本文选波方法进行结构抗震分析时,应满足“在0.2T至1.5T区间内,选择的3条地震波的平均谱应在目标谱(或设计谱)上方”的附加条件,以防止出现低估结构地震反应的情况。
【关键词】：时程分析 输入地震波 Benchmark抗弯钢框架 最大层间位移角 近断层地震动
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU352.11
【目录】：

• 摘要5-7
• abstract7-12
• 第1章 绪论12-24
• 1.1 选题背景12-13
• 1.2 时程分析输入地震波选择方法研究现状13-20
• 1.2.1 国内学者关于选波方法的研究13-16
• 1.2.2 国外学者关于选波方法的研究16-18
• 1.2.3 国内外规范关于输入地震波的规定18-20
• 1.3 本文选波方法和ASCE7-05规范方法20-22
• 1.3.1 本文选波方法20-22
• 1.3.2 ASCE7-05规范选波调整方法22
• 1.4 论文的主要内容及章节安排22-24
• 第2章 Benchmark抗弯钢框架模型建模及比较24-41
• 2.1 引言24
• 2.2 Benchmark抗弯钢框架结构24-29
• 2.2.1 SAC Steel Project钢结构项目24-25
• 2.2.2 Benchmark抗弯钢框架结构25-29
• 2.3 Benchmark抗弯钢框架结构分析模型29-35
• 2.3.1 基于集中塑性铰(M-θ)关系的模型29-33
• 2.3.2 基于分布型塑性铰(M-φ)关系的模型33-35
• 2.4 Benchmark抗弯钢框架结构自振特性分析35-37
• 2.4.1 3层Benchmark抗弯钢框架结构模型35-36
• 2.4.2 9层Benchmark抗弯钢框架结构模型36
• 2.4.3 20层Benchmark抗弯钢框架结构模型36-37
• 2.5 Benchmark抗弯钢框架结构非线性分析模型比较37-40
• 2.5.1 Benchmark抗弯钢框架结构非线性时程分析37-38
• 2.5.2 Benchmark抗弯钢框架结构分析结果比较38-40
• 2.6 小结40-41
• 第3章 输入地震波选择及Bechmark钢框架结构地震反应41-68
• 3.1 输入地震波选择41-46
• 3.1.1 供选择的地震波41-43
• 3.1.2 Benchmark抗弯钢框架结构选择的地震波43-46
• 3.2 Benchmark抗弯钢结构地震反应的比较46-67
• 3.2.1 3层Benchmark抗弯钢框架结构46-54
• 3.2.2 9层Benchmark抗弯钢框架结构54-62
• 3.2.3 20层Benchmark抗弯钢框架结构62-67
• 3.3 小结67-68
• 第4章 选波方法与ASCE7-05规范方法比较68-80
• 4.1 ASCE7-05方法的输入地震波选择68-71
• 4.2 时程分析结果及Benchmark抗弯钢框架结构反应比较71-76
• 4.2.1 9层Benchmark抗弯钢框架结构71-74
• 4.2.2 20层Benchmark抗弯钢框架结构74-76
• 4.3 关于本文选波方法的一点建议76-78
• 4.4 结论78-80
• 第5章 选波方法对近断层地震动适用性评价80-91
• 5.1 近断层地震动数据及输入地震波选择80-87
• 5.1.1 近断层地震动数据及输入地震波选择81-83
• 5.1.2 输入地震波选择：本文选波方法83-84
• 5.1.3 输入地震波选择：ASCE7-05方法84-87
• 5.2 Benchmark抗弯钢框架结构地震反应比较87-90
• 5.2.1 9层Benchmark抗弯钢框架结构87-88
• 5.2.2 20层Benchmark抗弯钢框架结构88-90
• 5.3 小结90-91
• 结论91-93
• 参考文献93-96
• 致谢96

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