长周期地震动下隔震结构的动力行为及其性态控制研究

在高频地震作用下，隔震技术已经被理论和实践证明是卓有成效的抗震技术，但隔震结构在长周期地震动下的动力行为在国内外研究却很少，而近断层或远场地震都会出现不同特征的长周期地震动，它们对隔震结构的影响是目前迫切需要研究的问题。.本项目拟以长周期地震动输入为前提，揭示不同输入水平下隔震体系的动力行为并提出多层次多水准的性态控制目标和优化设计方法。主要包括：1）基于近场和远场长周期地震记录，研究其谱特征和幅值特征对隔震结构地震响应的影响，提出长周期地震动合理的输入水平评价方法；2）试验研究中小震下隔震上部结构在平动为主的状态下其合理的阻尼取值，进而分析隔震结构的减震效果及性态指标。3）研究隔震层极限行为的力学模型，并建立隔震体系的灾变力学模型，分析其在长周期大震下的动力失效行为。4）建立隔震层及上部结构不同量级长周期地震动下的综合性态矩阵，通过隔震层优化配置实现隔震体系综合准最优性态控制的设计方法。

长周期地震动及其对隔震结构地震响应的影响和控制研究是对隔震结构的理论和设计的重要深化和拓展，通过本项目的顺利实施，基本完成了预定的各项研究计划，取得了较好的研究成果：（1）收集了约50万组强震记录，系统研究了场地因素、传播距离、震级及震源因素对长周期地震动的影响，同时对长周期地震动的频谱参数做了研究，提出了加速度反应谱平均周期的衰减经验公式；（2）用强度指标PGA、PGV、PSA和PSV以及基于HHT分析提出的瞬时能量PIE和累积能量PSE指标，研究其与结构地震响应之间的相关性，分析各强度指标的实用性和优缺点，为后续隔震结构地震分析合理选用地震动强度指标提供指导；（3）研究地震动频谱特性对隔震结构非线性响应的影响，对不同周期的隔震结构输入Tr逐渐增加的地震波，分析长周期地震动对隔震结构的影响，在此基础上提出通过调整隔震层屈重比控制长周期地震输入的不利影响。同时提出了隔震结构损伤的力学模型，研究了长周期地震动对隔震结构非线性损伤的影响及控制方法；（4）利用振动台试验研究了隔震结构和非隔震结构在不同地震动输入下结构的响应及减震效果，从试验模型的动力特性、加速度反应、层间位移、隔震层动力反应等方面对试验结果进行分析，研究了隔震和非隔震结构的地震反应规律和减震效果，并基于试验结果对隔震结构的减震机理进行了探讨；（5）利用时频分析技术HHT方法初步探讨了长周期地震动频率非平稳特性，分析了各IMF分量累积能量随时间的变化关系及其对总能量的贡献，并用地震动的Hilbert谱瞬时频率变异系数来衡量地震动频率非平稳的程度；（6）对隔震结构随机地震响应做了初步探索，考虑地震动的非平稳特性，运用虚拟激励法和概率密度演化方法对隔震结构在非平稳激励下的随机地震响应及体系可靠度进行研究；（7）根据现有传统抗震结构性态水平划分与隔震结构在实际地震下的性态表现，提出隔震结构性态水平的划分方式与性态设防目标；并通过位移指标对隔震结构的性态设防目标进行量化；改进直接基于位移的性态设计方法使其适用于隔震结构。.本项目的研究系统给出了不同幅频特性和时频特性的地震动，特别是长周期地震动对隔震结构非线性地震响应及损伤的影响规律和控制方法，同时考虑地震动的非平稳特性研究了隔震结构的随机地震响应和动力可靠度，在此基础上提出了隔震结构基于可靠度的性态设计方法，研究成果为隔震结构的应用和推广提供了重要的理论依据和设