大跨隔震结构非线性随机地震响应分析与性态设计方法研究

Large span structures are generally symbolic and important buildings, so their needs of seismic performance are relatively high. The reasonable application of isolation technology can greatly improve their horizontal and vertical seismic performance. However, there are still some bottlenecks in the application of seismic isolation technology in large span structures. Whether the effect of seismic isolation of large span structures is obvious after isolation is uncertain due to the complex structural mechanical behavior. There are still some limitations in the existing theory and design methods of large span isolated structures..This project intends to the carry out the study on the response laws of large span isolated structure under multi-dimensional and multi-point random earthquake excitation in depth by the means of theoretical analysis, test and numerical simulation. The seismic performance evaluation method and performance-based seismic design method based on reliability of large span isolated structure are proposed. This project focuses on vertical dynamic response and reliability analysis and etc. of large span isolated structure. The main research contents: (1) the stochastic seismic motion model and multi-dimensional & multi-point seismic action model; (2) the nonlinear dynamic response laws and reliability of large span isolated structure; (3) the performance-based seismic design theory of the large span isolated structure based on random seismic response; (4) the multi-dimensional shaking table test of the large span isolated structure based on the performance design. This project has important theoretical value and engineering significance to further improve the basic theory and design method of large span isolated structures in our country.

大跨结构一般都为标志性和重要性建筑，因此对其抗震性能要求较高，隔震技术的合理应用可以大幅提升其水平向和竖向的抗震性能。然而隔震技术在大跨结构中的应用仍存在一些瓶颈。大跨结构力学行为复杂，采用隔震后其各向减震效果是否明显尚无定论，现有的大跨隔震结构的计算理论与设计方法仍存在着一定的局限性。.本项目拟通过理论分析、试验和数值模拟手段深入开展多维多点随机地震激励下大跨隔震结构的响应规律研究，提出大跨隔震结构的抗震性能评估方法和基于可靠度的性态设计方法，重点关注大跨隔震结构竖向动力反应和可靠度分析等问题。主要研究内容：（1）随机地震动模型和多维多点地震作用模型研究；（2）大跨隔震结构非线性动力响应规律和可靠度研究；（3）基于随机地震响应的大跨隔震结构性态设计理论研究；（4）基于性态设计的大跨隔震结构多维振动台试验。本项目对进一步完善我国大跨隔震结构的基础理论和设计方法具有重要的理论价值和工程意义。

基础隔震因其工作机理明确、隔震效果显著且工程造价合理，正越来越多地被应用于大跨结构的工程实践中。然而隔震技术在大跨结构中的应用仍存在一些瓶颈：大跨结构本身自振周期较长，采用基础隔震后其水平向和竖向减震效果是否明显；在遭受长周期随机地震激励时是否会加大结构的动力响应。本项目以大跨隔震结构为研究对象，对其进行确定性和随机性的地震反应分析，并采用振动台试验进行对比验证，在此基础上进行了基于可靠度的性能评估，初步形成了大跨隔震结构的抗震设计方法及性能评价体系，主要研究内容有：.1）人工合成了可以独立考虑部分相干效应和行波效应的多点随机地震动，大大简化了计算量，模拟出同时考虑地震动场的空间相关性和非平稳特性的随机加速度时程。2）采用绝对位移输入法，参数化研究了多点和一致地震动输入模式下大跨网架屋盖反应的差异及其竖向振动的隔震效果。3）基于局部损伤模型及整体损伤模型，研究了多维多点地震输入下大跨隔震结构的损伤及各因素对损伤的影响规律，在已有理论研究基础上综合试验分析结果，得到一些有益结论。4）人工合成了基于物理的随机地震动，结合概率密度演化理论和有限差分法，获得结构响应的统计量及演化信息，对其进行了基于极值分布理论的可靠度分析。5）选取合理的性态水平与设防目标，并量化设防目标，并运用概率密度演化方法计算大跨隔震结构在给定性态水平下的可靠度。 .本项目根据地震动模型提出了完全非平稳人工波模拟方法，生成的地震波平均反应谱与目标反应谱拟合良好；提出的基于多维多点地震输入的大跨隔震结构抗震设计及性能评估方法，可明显提高上部结构的减震效果，对我国大跨结构抗震理论和隔震理论的发展与完善具有重要的理论价值和工程意义。