环境激励下结构震动效应预测方法研究

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环境激励作用产生的震动效应对周围建筑及居民造成巨大的危害。由于地震波在地层中的传播是一个复杂的力学过程,目前有关震动效应的研究尚未发展成熟。针对建筑结构对地震动的响应问题,建立了一个能预测可能受地震动影响的震动波形或结构内力的综合模型。延地震波的传播途径这个模型可分为两部分,冲击源一结构地基,结构地基一结构内部。 首先利用Anderson模型预测结构的地基波形,然后分别采用振型分解反应谱法,时程分析法和传递函数法来预测结构的震动效应。对于大多数可用质量集中模型进行简化且刚度分布较均匀的结构,采用振型分解反应谱法进行抗震验算。采用时程分析法与传递函数法来预测结构在地基震动历程中各层的剪力与位移变化。对不能用质量集中模型进行简化的结构或需要考虑结构的竖向震动时,不宜采用振型分解反应谱法。为此,将传递函数法和时程分析法引入震动的研究领域。由于地震作用是一个时间过程,反应谱法不能体现结构在地震震动过程中的经历,故采用时程分析法预测结构地震反应。通过预测结构地基的震动波形,为结构荷载的时程分析提供加速度记录。先在震动前预测结构可能产生的震动荷载与震动持续时间的关系,从而对结构可能发生的损害采取有针对性的防护措施。用传递函数法预测结构震动的方法是建立在波形分析基础上的,预测的主要步骤为:测量结构地基与结构内部对应点的多对震动信号,计算输出信号和输入信号的平均互谱密度与自谱密度函数,由二者的比值计算结构的传递函数。由于结构两定点间的传递函数是固定不变的,即可将结构地基的预测波形作为输入信号,进行傅立叶变换后与传递函数相乘,将结果再进行傅立叶逆变换,即得预测点的震动波形。 编制了用振型分解反应谱法计算结构震动下的剪力和弯矩的程序以及用时程分析法和传递函数法预测结构震动波形的程序。预测方法曾在武汉某学校实验室机械拆除的碎块触地对周围结构的震动效应试验中得到了应用,预测结果与实测结果吻合较好。
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