一般积分型粘弹性耗能结构随机响应及地震作用取值的解析法研究

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为了研究粘弹性耗能结构在地震激励下的响应及其基于抗震规范的地震作用取值方法,本文采用了粘弹性材料的具有一般性的积分型本构模型,采用积分微分混合型非定常运动方程对一般粘弹性耗能结构实现了精确建模。首先,基于拉普拉斯变换,使用传递矩阵法对耗能结构运动方程在非扩阶空间上实现了精确解耦,将求解非定常结构瞬态响应的复杂问题归结于结构特征值与特征向量的分析,并得到了结构非零初始条件下位移瞬态响应与速度瞬态响应的解析表达式。同时对针对广义Maxwell粘弹性阻尼器耗能结构的传统扩阶复模态法进行了改进,提出了降阶复模态法,建立了原始方程特征值和特征向量与扩阶运动方程左右模态向量的关系式,简化了计算过程,赋予了模态向量明确的物理含义。且基于广义Maxwell粘弹性阻尼器耗能结构得出了与传递矩阵法完全一致的结构瞬态响应解析式,验证了传递矩阵法的正确性与适用性,并首次得出了阻尼器瞬态响应的解析式。其次,为研究耗能结构随机响应特性,根据所得一般积分型粘弹性阻尼耗能结构瞬态响应的解析式推导并获得了结构在平稳与非平稳地震模型激励下随机响应方差的解析表达式。最后,为研究结构响应设计值基于抗震规范的地震作用取值方法,将耗能结构位移和速度响应方差解析式精确分解为一阶和二阶标准振子响应方差的线性组合,利用工程常用的平稳白噪声模型近似得到一阶和二阶标准振子响应方差比值的计算公式,使结构响应的设计值表示为仅含二阶标准振子位移谱和速度谱平方的函数,从而得到结构响应的近似设计值及其对应的地震荷载近似取值的分析方法。
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