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基础隔震与加层减震结构随机响应、优化设计及等效地震作用取值的复模态法

作　者: 丁晓华
导　师: 李创第
学　校: 广西大学
专　业: 结构工程
关键词: 基础隔震结构加层减震结构调谐质量阻尼器复模态分析随机地震响应分析动力可靠性优化设计地震作用取值
分类号: TU352.12
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

目前，基础隔震结构、加层减震(TMD减震)结构正逐步应用于工程实际，以及在某些时候要考虑土与结构的相互作用，由于这些结构体系在动力荷载(如地震、风)作用下动力方程中的阻尼矩阵为非经典情形，甚至质量和刚度矩阵是非对称的，传统的实模态分析方法(振型分解法)不能使动力方程解耦，因此本文运用复模态分析方法分析了上述结构随机响应、优化设计和等效地震作用取值。主要内容如下： 1、本文运用复模态分析方法分析了基础隔震结构和加层减震(TMD减震)结构基于Clough-Penzien谱随机地震模型的随机响应，以及上述两种结构与结构地基相互作用体系基于非平稳随机激励下的随机响应；对于加层减震结构，本文据非线性随机振动理论对运动方程进行等效线性化，用复摸态法获得了等效线性方程的解析解。 2．在给定隔震装置参数取值范围约束和给定加层子结构位移响应不超过某一设计限值的动力可靠度约束的条件下，通过主体结构响应方差取极小值条件，直接确定控制装置的待定优化参数，实现主体结构的最优抗震设计，建立线性与非线隔震结构和加层减震结构基于动力可靠度约束的抗震优化控制设计的复模态法。 3、在国内外仅研究非经典小阻尼对称结构基于反应谱的地震作用取值方法的基础上，应用复模态理论，将非经典小阻尼结构基于反应谱的地震作用取值方法拓展到非对称质量、非对称刚度、非经典大阻尼结构的一般情况，初步建立了广义的非经典结构基于反应谱的地震作用取值方法，并将理论成果应用于基础隔震体系和加层减震(TMD减震)结构体系。

全文目录

摘要  2-3
ABSTRACT  3-8
第一章绪论  8-23
  1.1 现代抗震设计研究发展过程  8-15
  1.2 地震动随机模型及其模拟方法简介  15-18
  1.3 基于动力可靠性约束的结构抗震优化设计研究发展概况  18-21
  1.4 本文的主要研究工作  21-23
第二章结构随机地震响应分析的复模态法  23-73
  2.1 结构模态分析理论概述  23-28
    2.1.1 实模态分析法(振型分解法)简介  23-25
    2.1.2 复模态分析法简介  25-27
    2.1.3 实模态分析法与复模态分析法的关系研究  27-28
  2.2 两自由度结构基于Clough-Penzien谱随机地震响应分析的复模态法  28-33
    2.2.1 运动微分方程  28-29
    2.2.2 扩阶法求解  29-32
    2.2.3 随机地震响应计算  32-33
  2.3 基础隔震结构基于Clough-Penzien谱随机地震响应分析的复模态法  33-37
    2.3.1 随机地震响应分析  33-35
    2.3.2 基础固定结构的地震响应分析  35-36
    2.3.3 算例  36-37
  2.4 带TMD结构基于Clough-Penzien谱的地震响应分析算例的复模态法  37-41
    2.4.1 随机地震响应分析  37-39
    2.4.2 不带TMD结构的地震响应分析  39
    2.4.3 算例  39-41
  2.5 两自由度二阶动力体系抗震复模态解耦的统一解析方法  41-45
    2.5.1 平稳随机地震响应分析  42-44
    2.5.2 非平稳随机地震响应分析  44-45
  2.6 基础隔震结构非平稳随机地震响应分析的复模态法  45-47
    2.6.1 随机地震响应分析  45
    2.6.2 算例  45-47
  2.7 带TMD结构非平稳随机地震响应分析的复模态法  47-48
    2.7.1 随机地震响应分析  47
    2.7.2 算例  47-48
  2.8 基础平动与转动结构非平稳随机地震响应分析的复模态法  48-54
    2.8.1 引言  48
    2.8.2 运动方程  48-50
    2.8.3 方程的求解  50-52
    2.8.4 随机地震响应计算  52-53
    2.8.5 算例  53-54
  2.9 基础转动结构非平稳随机地震响应分析的复模态法  54-61
    2.9.1 运动方程  54-56
    2.9.2 方程的求解  56-59
    2.9.3 随机地震响应计算  59-60
    2.9.4 算例  60-61
  2.10 “加层减震”结构基于Kanai-Tajimi谱非线性随机地震响应分析  61-69
    2.10.1 运动方程  61-64
    2.10.2 方程的等效线性化  64
    2.10.3 求解等效线性方程的复摸态法  64-66
    2.10.4 非线性随机地震响应计算  66-68
    2.10.5 算例  68-69
  2.11 “加层减震”结构基于Clough-Penzien谱非线性随机地震响应分析的复模态法  69-72
    2.11.1 运动方程、方程等效线性化  70
    2.11.2 基于Clough-Penzien谱的地震响应计算  70
    2.11.3 算例  70-72
  2.12 小结  72-73
第三章基础隔震结构、“加层减震”结构基于动力可靠性约束的优化设计  73-91
  3.1 结构动力可靠性理论基础  73-78
    3.1.1 首次超越破坏机制  74-76
    3.1.2 随机过程的交差问题  76-77
    3.1.3 基于Poisson分布的抗震动力可靠度  77-78
  3.2 基于动力可靠性约束的隔震装置参数优化设计  78-79
    3.2.1 隔(减)震层动力可靠性分析  78-79
    3.2.2 隔(减)震装置参数取值优化设计原理  79
  3.3 基于动力可靠性约束的线性基础隔震结构隔震装置参数优化设计  79-81
    3.3.1 基于动力可靠性约束的线性基础隔震结构隔震装置参数优化设计  80
    3.3.2 算例  80-81
  3.4 基于动力可靠性约束的线性带TMD结构隔震装置参数优化设计  81-83
    3.4.1 基于动力可靠性约束的线性带TMD结构隔震装置参数优化设计  81-82
    3.4.2 算例  82-83
  3.5 基于动力可靠性约束的非线性隔震结构隔震装置参数优化设计  83-88
    3.5.1 随机地震响应分析  83-87
    3.5.2 基于动力可靠性约束的非线性基础隔震结构隔震装置参数优化设计  87-88
    3.5.3 算例  88
  3.6 基于动力可靠性约束的非线性”加层减震”结构减震装置参数优化设计  88-90
    3.6.1 随机地震响应分析  89
    3.6.2 基于动力可靠性约束的非线性“加层减震”结构减震装置参数优化设计  89
    3.6.3 算例  89-90
  3.7 小结  90-91
第四章非经典阻尼结构地震作用取值研究  91-106
  4.1 抗震规范关于经典结构地震作用计算  91-92
  4.2 非经典结构地震响应分析的复模态法  92-99
    4.2.1 运动方程  92-93
    4.2.2 结构相关函数和均方响应分析  93-96
    4.2.3 基于规范设计反应谱的设计响应均方计算  96-98
    4.2.4 抗震控制结构等效静态地震作用计算  98-99
  4.3 “加层减震”结构地震作用取值  99-102
    4.3.1 地震作用取值分析  99-101
    4.3.2 算例  101-102
  4.4 基础隔震结构地震作用取值  102-105
    4.4.1 地震作用取值分析  102-104
    4.4.2 算例  104-105
  4.5 小结  105-106
结语  106-107
参考文献  107-110
附录A 攻读学位期间发表论文目录  110-111
附录B  111-116
附录C  116-118
致谢  118

基础隔震与加层减震结构随机响应、优化设计及等效地震作用取值的复模态法

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