巨型框架結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)及其于小波分析的損傷研究.pdf

1、巨型框架結(jié)構(gòu)體系是一種具有發(fā)展前景的結(jié)構(gòu)體系，但是目前針對(duì)巨型框架結(jié)構(gòu)的相關(guān)理論和試驗(yàn)研究較少，不少問(wèn)題有待深入研究。本文依托國(guó)家自然科學(xué)基金委重大研究計(jì)劃項(xiàng)目“超高層巨型框架結(jié)構(gòu)彈塑性地震反應(yīng)與能量分析的研究”，以小波分析為研究手段，以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，從構(gòu)件層次到巨型框架結(jié)構(gòu)體系，分析了其損傷及抗震性能；從數(shù)值模擬到試驗(yàn)研究對(duì)理論公式進(jìn)行了驗(yàn)證。主要研究成果如下：
　　 (1)針對(duì)采用我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范和主流PKPM-SA

2、TWE軟件設(shè)計(jì)的高度為201m的超高層鋼筋混凝土巨型框架結(jié)構(gòu)，在合理簡(jiǎn)化的基礎(chǔ)上建立了有限元彈塑性分析模型，對(duì)該結(jié)構(gòu)的三維彈塑性動(dòng)力反應(yīng)及損傷進(jìn)行了分析研究，同時(shí)驗(yàn)證了PKPM-SATWE軟件設(shè)計(jì)結(jié)果的合理性。
　　 (2)為了探索進(jìn)一步改進(jìn)巨型框架抗震性能的途徑，在巨型框架的頂部設(shè)置了調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(Tuned Mass Damper，TMD)裝置，建立有限元數(shù)值模擬模型，分析研究了采用減震技術(shù)后巨型框架的彈塑性地震反應(yīng)、損傷

3、及其減震效果。
　　 (3)為了驗(yàn)證有限元數(shù)值模擬的合理性及研究巨型框架結(jié)構(gòu)的地震損傷機(jī)理，按結(jié)構(gòu)相似性理論設(shè)計(jì)制作了一個(gè)幾何縮尺比為1:25的振動(dòng)臺(tái)縮尺模型，并設(shè)計(jì)加工了一套TMD裝置安裝在其頂部，在土木工程防災(zāi)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(同濟(jì)大學(xué))進(jìn)行了振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，得到了較為豐富的巨型框架及其減震結(jié)構(gòu)的對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果，并將試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。
　　 (4)由巨型框架結(jié)構(gòu)數(shù)值模型的彈塑性動(dòng)力時(shí)程分析和振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)結(jié)果可

4、知，該巨型框架結(jié)構(gòu)的抗震性能可以滿足抗震設(shè)計(jì)的要求，TMD裝置具有一定的減震效果，且TMD的減震效果不僅與TMD本身的參數(shù)有關(guān)，還與地震動(dòng)特性有關(guān)。
　　 (5)基于離散小波變換在鋼筋混凝土構(gòu)件損傷中的應(yīng)用，提出一個(gè)基于小波變換在構(gòu)件層次上的損傷計(jì)算模型。結(jié)合課題組以往進(jìn)行的一批剪力墻構(gòu)件和梁柱構(gòu)件的低周反復(fù)加載試驗(yàn)結(jié)果，利用此模型對(duì)這些構(gòu)件的損傷進(jìn)行了分析，計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好。
　　 (6)基于連續(xù)小波變換在結(jié)

5、構(gòu)模態(tài)參數(shù)識(shí)別的應(yīng)用，分別對(duì)單自由度體系、多自由度體系以及巨型框架結(jié)構(gòu)及其振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷哪B(tài)參數(shù)進(jìn)行了識(shí)別，并將該識(shí)別方法與一般的模態(tài)參數(shù)識(shí)別方法(導(dǎo)納圓擬合法)進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果表明該方法可以較為準(zhǔn)確的識(shí)別出結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)，且滿足工程精度要求。
　　 (7)基于小波包變換在結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別中的應(yīng)用，建立了基于小波包各組分能量變化率指標(biāo)，并對(duì)一多自由度結(jié)構(gòu)的損傷進(jìn)行了識(shí)別，結(jié)果表明，該指標(biāo)可以較好的識(shí)別出結(jié)構(gòu)的損傷的位置和發(fā)生損傷