考虑非比例阻尼特性的层间隔震结构分析方法研究

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目前,抗震规范中的隔震设计都是基于经典阻尼发展而来,仅适用于小阻尼的普通结构,已经无法满足目前隔震这类大阻尼结构发展的需要,而非比例阻尼矩阵的构造直接影响隔震结构分析的精确性。本文先是将基础隔震结构作为切入点说明常用的瑞利阻尼存在的问题。以层间隔震体系为研究对象,从复振型原理和反应谱方法出发,重点研究了不同非比例阻尼矩阵构造方法对层间隔震体系的影响规律,随后基于等效线性化、复振型分解原理和CCQC组合提出了层间隔震结构一体化设计方法。结合一体化设计的结果,提出一种适用于层间隔震结构的改进多模态pushover方法(IMPA),并以动力弹塑性分析结果对其合理性进行了验证。研究内容具体包括以下几个方面:(1)从简单的基础隔震体系作为问题的切入点,以层间隔震结构为研究对象,借助matlab数值分析平台,分别以瑞利阻尼、振型叠加和阻尼系数三种方法,根据层间隔震结构特点,构造形成四种不同的整体非比例阻尼矩阵。通过参数分析判断适用于非比例阻尼矩阵构造的方法。采用两种不同的天然波反应谱,以复振型反应谱方法CCQC和实振型分解反应谱方法CQC分析不同阻尼矩阵形成方式对结构响应的影响,接着根据隔震层等效周期和等效阻尼比的变化对CQC和CCQC方法适用范围进行了讨论分析,最后基于分析结果以设计反应谱CQC和设计反应谱CCQC研究隔震层不同等效周期和等效阻尼比对隔震结构的楼层位移和楼层剪力误差影响规律。(2)介绍了各类隔震支座的力学模型,简单讨论了复振型CCQC反应谱方法对采用不同支座类型层间隔震结构的适用性。随后着重描述了铅芯橡胶隔震支座的等效刚度和阻尼系数的迭代过程。给出了传统的隔震分部设计方法和一体化隔震设计方法的特点和设计步骤流程。最后以大底盘框架结构为研究对象,以分部设计方法和一体化设计方法分别进行层间隔震设计,为进一步研究层间隔震的性能表现,从能量的角度对结构进行了分析,并基于两种设计方法对隔震结构响应及经济性进行了对比分析。此外考虑了支座非线性的一体化CQC和一体化设计CCQC方法对隔震结构设计忽略非比例阻尼影响规律进行了研究。(3)以层间隔震结构等效线性化结果结合《建筑结构隔震设计标准》要求,以复模态分析方法得出结构模态阻尼比,引入模态阻尼比修正隔震弹塑性反应谱作为改进能力谱方法中的需求谱。根据层间隔震结构特点将改进的能力谱方法和模态pushover方法相结合,提出一种既能够考虑隔震层非线性问题,又能够简化传统模态pushover求解目标位移的静力弹塑性分析方法(IMPA)。并以一体化设计方法得到的层间隔震框架结构为弹塑性模型,对其在罕遇、极罕遇地震下的楼层响应进行研究,分析其在不同水平荷载模式下的pushover结果,以动力弹塑性分析结果为基准对该方法的合理性和相对优异性进行了评估和验证。
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