一致反应谱下脉冲和非脉冲型地震动对建筑非结构构件的影响研究

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非结构构件抗震性能评估是建筑系统韧性评价的重要组成部分。非结构构件的地震响应受到地震动特征、主体结构动力特征和自身的动力特性的影响。脉冲型地震动由其典型的特性而区别于一般地震动,近场区的非结构构件响应特性可能与远场有很大不同。受数量限制,无法从统计角度获取脉冲型地震动准确获得脉冲型地震动特性。同时弹性设计反应谱不能完全地反映地震动对结构的破坏作用,具有一致反应谱的不同地震动可能导致非结构构件地震响应的显著差异。本文首先基于脉冲型地震动近似三角函数模型的应用,确定了近似模型在非结构构件中的适用范围,推导得到了无阻尼下非结构构件响应的解析解,讨论脉冲周期对楼层反应谱的影响,根据楼层反应谱相对于楼层加速度峰值的关系,对楼层反应谱进行预测。通过一致反应谱,定量地比较脉冲型和非脉冲型地震动,以单自由度和二维多自由度钢框架模型进行时程分析,对得到楼层反应谱结果进行分析。本文的主要内容及结果如下:(1)基于脉冲型地震动近似模型的楼层反应谱预测。分别选取了不同断层机制下共6条脉冲型地震动,确定了近似模型在非结构构件中的适用范围,结果表明由滑冲效应引起的脉冲型地震动近似模型在中长周期范围内(T≥3.5 s)与实际地震动匹配良好,由向前方向性效应引起的脉冲型地震动近似模型在无阻尼时的适用范围为T≥1.5 s。根据前向性脉冲型地震动作用下主体结构与子结构的放大关系,对前向性脉冲型地震动作用下的楼层反应谱进行预测。(2)基于一致反应谱下地震动输入,对单自由度弹塑性结构模型进行时程分析,考虑脉冲周期、持续时间、强度折减系数等因素影响,研究不同主体结构周期下非结构构件响应。初步结果表明,当非结构构件周期与主体结构周期接近时,与脉冲型地震动相比,非脉冲型地震动会引起更大响应;持续时间影响显著,楼层反应谱谱值随着持续时间的增加而增大;一致反应谱下,在共振区段内非脉冲型地震动会比脉冲型地震动引起更大的非结构构件响应。建立二维钢框架结构模型,通过对地震动速度峰值的调整研究结构弹性、非弹性状态下的楼层反应谱。研究结果表明,受高阶振型的影响,楼层反应谱出现多个峰值;在结构前阶3自振周期附近,与脉冲型地震动相比,非脉冲型地震动均会引起更大响应。
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