强震动记录处理方式对结构弹塑性响应的影响研究

来源 :中国地震局工程力学研究所 | 被引量 : 1次 | 上传用户:mimibbs
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随着计算机性能的不断提高,结构弹塑性建模软硬件技术的日益成熟,弹塑性时程分析的应用范围越来越广。虽然作为不确定性主要来源的地震动输入选择已有了大量学术研究成果,但是对于强震动记录处理方式对结构弹塑性响应的关注却十分欠缺。作为去除噪声,保留地震动有效信息的关键环节,强震动记录处理方式是后续地震工程以及结构工程研究的基础工作。而工程关心的强地震动输入往往来自于较强的破坏性地震,如汶川地震,集集地震,日本311地震等,上述地震的近场地震记录往往包含着速度脉冲,永久位移等不同于普通中远场地震记录的特点。学者虽然均已经提出了诸多强震动记录处理方案,但是上述研究往往局限于是记录处理方式本身,而并没有从工程输入和结构响应的角度对其进行系统分析。针对上述问题,本文拟针对强震动滤波以及基线校正方式等处理方式对结构弹塑性响应的影响展开研究,具体研究内容如下:(1)本文将强震动记录按照是否含有速度脉冲和永久位移分为四种类型,考虑了多项式基线校正、Butterworth滤波以及基线趋势线校正方式等几种强震动记录处理方法。采用花莲地震,集集地震,日本311地震以及典型的El-centro等强震动记录做为算例,分析结果表明采用Butterworth滤波方法不仅会对残余永久位移造成影响,同时会很大程度上影响速度脉冲的形状。Wu&Wu的方法在所选方法中对保留强震动记录的永久位移信息真实性效果最好,在合理选择参数的条件下校正后的计算位移和GPS同震位移比较一致。(2)从结构弹塑性需求,层延性需求等多个角度探讨不同处理方式对单(多)自由度体系结构弹塑性响应的影响。分别以一9层和一14层多自由度结构为例,计算三种非滤波处理方式下的单自由度弹塑性位移比谱,表明多自由度层延性需求之间的差异可以忽略不计,即使在较大的强度折减系数或较低的剪重比下,该结论依然成立。而采用滤波处理方法的结果在长周期部分弹塑性响应与其余方法差别较大。(3)分析了不同强震动记录类型对弹塑性时程分析的影响,采用Opensees以3层和15层平面RC框架结构,以及115m高层核心筒结构进行分析。结果表明,平面RC框架的计算结果表明含有速度脉冲的强震动记录,在采用Butterworth滤波方法处理的情况下得到的响应会明显低估最大层间位移角,顶点最大加速度及底部最大剪力也明显区别于其余方法的结果。含有永久位移的强震动记录,在采用Butterworth滤波方法处理的情况下得到的层间位移角,顶点最大加速度及底部最大剪力与其余方法的结果存在差异。混凝土核心筒结构的计算结果表明不同处理方法对结构倒塌性能的估计存在影响。综上所述,对于不含速度脉冲也不含永久位移的强震动记录,记录处理与否对于弹塑性时程分析结果的影响并不显著,实际操作中通过简单的Butterworth滤波滤除高低频噪声即可。对于包含速度脉冲或(及)永久位移的强震动记录,Butterworth滤波在滤除噪声的同时也对速度脉冲形状和地表永久位移的影响较大,并会传递到最后的弹塑性时程分析结果中,且对短,中,长周期结构均可能产生影响。当采用包含速度脉冲与永久位移的大震近断层强震动记录作为地震动输入时,推荐采用基于基线趋势线校正的处理方法。此外虽然不同基线趋势线校正方法得到的残余永久位移信息不同,但是对速度脉冲波形影响不大,其结构响应也并无显著差异。
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