1、隨著結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制理論的不斷發(fā)展,隔震減振技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為一種日漸成熟的工程減振技術(shù)。目前,對(duì)于隔減震結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)研究較多采用確定性分析方法。然而,由于地震動(dòng)是一個(gè)隨機(jī)過(guò)程,從而導(dǎo)致地震作用下隔減震結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)也必然為隨機(jī)過(guò)程,采用確定性的地震激勵(lì)不具有代表性,采用隨機(jī)振動(dòng)理論對(duì)減震結(jié)構(gòu)進(jìn)行不確定性分析是合理、必要的。此外,隨著結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制技術(shù)在工程中逐步推廣和應(yīng)用以及人們對(duì)居住安全意識(shí)和需求的不斷提高,考慮隔減震控制結(jié)構(gòu)和控制裝置在

2、地震中的動(dòng)力可靠度成為一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。本文圍繞隔減震控制結(jié)構(gòu)隨機(jī)地震反應(yīng)和抗震可靠度的問(wèn)題展開(kāi)研究,主要做了如下幾個(gè)方面的工作:
　　 (1)在對(duì)三種平穩(wěn)地震地面運(yùn)動(dòng)模型的濾波性能進(jìn)行分析和比較的基礎(chǔ)上,結(jié)合隔震結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)周期低頻率的特點(diǎn),提出選用胡聿賢平穩(wěn)地震地面運(yùn)動(dòng)模型作為隔震結(jié)構(gòu)隨機(jī)地震動(dòng)輸入。通過(guò)數(shù)學(xué)推導(dǎo)解釋了胡聿賢譜及其過(guò)濾方程在物理上的意義,研究了低頻截止頻率的作用,給出了胡聿賢模型的相關(guān)函數(shù)表達(dá)式,為隔震體系之類的長(zhǎng)周

3、期或含有接近零頻剛體模態(tài)的結(jié)構(gòu)隨機(jī)地震反應(yīng)時(shí)域分析提供了方便。
　　 (2)建立了基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)在“小震”和“大震”下隨機(jī)地震反應(yīng)的分析模型和分析方法,對(duì)多自由度體系基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的隨機(jī)地震響應(yīng)問(wèn)題進(jìn)行了系統(tǒng)研究。在“小震”條件下,采用非比例阻尼線彈性隔震結(jié)構(gòu)模型,將動(dòng)力方程在狀態(tài)空間中表示為對(duì)稱系統(tǒng)非經(jīng)典阻尼形式。通過(guò)復(fù)模態(tài)時(shí)域法對(duì)狀態(tài)方程進(jìn)行解耦,給出了多自由度基礎(chǔ)隔震體系在胡聿賢隨機(jī)地震激勵(lì)下反應(yīng)相關(guān)函數(shù)矩陣的解析表達(dá)式。在“

4、大震”條件下,采用Bouc-Wen模型描述隔震結(jié)構(gòu)層間滯變位移,將滯變體系動(dòng)力特性矩陣隨機(jī)等效線性化并建立等價(jià)線性狀態(tài)方程。由于“大震”下隔震結(jié)構(gòu)為非對(duì)稱系統(tǒng)非經(jīng)典阻尼情況,引入左右特征向量,根據(jù)狀態(tài)矩陣關(guān)于左右特征向量系的正交性,對(duì)系統(tǒng)的狀態(tài)矩陣進(jìn)行對(duì)角化,從而實(shí)現(xiàn)振動(dòng)微分方程的降階與解耦,推導(dǎo)了結(jié)構(gòu)隨機(jī)反應(yīng)的統(tǒng)計(jì)矩解析解。隔震結(jié)構(gòu)各子系統(tǒng)在胡聿賢地震動(dòng)模型下各反應(yīng)量的均方差函數(shù)可以按照本文推導(dǎo)出來(lái)的公式直接計(jì)算出來(lái),用來(lái)計(jì)算結(jié)構(gòu)的動(dòng)

5、力可靠度。同時(shí),還可以求出反應(yīng)峰值的統(tǒng)計(jì)特性。為了說(shuō)明本研究方法的可行性,以_棟鋼筋混凝土多層基礎(chǔ)隔震框架結(jié)構(gòu)為例,分別計(jì)算“小震”和“大震”下隔震體系的隨機(jī)地震反應(yīng),并和非隔震結(jié)構(gòu)的相應(yīng)計(jì)算指標(biāo)進(jìn)行了比較,從隨機(jī)振動(dòng)角度揭示了隔震體系的減震特性和減震優(yōu)勢(shì),分析了一些主要設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)隔震結(jié)構(gòu)隨機(jī)響應(yīng)的影響規(guī)律。
　　 (3)建立了基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)動(dòng)力可靠度分析的簡(jiǎn)化計(jì)算方法。采用變形失效準(zhǔn)則,定義了上部結(jié)構(gòu)和隔震層各自分別在“小震不壞

6、”和“大震不倒”條件下的功能狀態(tài)極限函數(shù),根據(jù)首次超越機(jī)制和Possion分布假設(shè),獲得了隔震結(jié)構(gòu)各子系統(tǒng)在給定地震動(dòng)下的條件失效概率。基于串聯(lián)可靠度邏輯模型,假定“小震”下上部結(jié)構(gòu)各層間的失效互不關(guān)聯(lián),“大震”下上部結(jié)構(gòu)各層間的失效相關(guān),關(guān)聯(lián)程度取決于該地區(qū)的地震設(shè)防烈度,建立了隔震結(jié)構(gòu)在給定地震動(dòng)下系統(tǒng)條件動(dòng)力可靠度的計(jì)算方法。進(jìn)一步根據(jù)工程所在場(chǎng)地的地震烈度概率分布,給出了基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)在服役期內(nèi)的抗震可靠度。該方法可以從整體上對(duì)隔

7、震體系的抗震可靠度做出相對(duì)較為全面的評(píng)估,既適用于線性體系又適用于非線性體系,既適用于平穩(wěn)反應(yīng)又適用于非平穩(wěn)反應(yīng)。在隨機(jī)反應(yīng)分析的基礎(chǔ)上對(duì)算例中的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了可靠度計(jì)算,分析了隔震參數(shù)對(duì)隔震結(jié)構(gòu)失效概率的影響規(guī)律,計(jì)算分析表明,隔震層剛度和阻尼比對(duì)隔震結(jié)構(gòu)的可靠度有著重要的影響,通過(guò)合理設(shè)置隔震層參數(shù),可以有效降低結(jié)構(gòu)的抗震失效概率,為基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)基于可靠度的參數(shù)優(yōu)化提供基礎(chǔ)。
　　 (4)結(jié)合粘滯阻尼減震結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性建立了此類

8、耗能減震結(jié)構(gòu)動(dòng)力可靠度分析的實(shí)用簡(jiǎn)化計(jì)算方法。對(duì)非線性耗能減震結(jié)構(gòu)等效線性化處理后,再采用復(fù)模態(tài)分解方法計(jì)算,是較為簡(jiǎn)單可行的分析方法。通過(guò)等價(jià)線性化方法,推導(dǎo)了層間三線型恢復(fù)力模型的等效平均剛度,粘滯阻尼器采用等效線性化的力學(xué)模型,建立了安裝粘滯阻尼消能支撐結(jié)構(gòu)的等效線性隨機(jī)分析模型。采用隨機(jī)狀態(tài)空間方法進(jìn)行粘滯阻尼減震結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)分析,無(wú)需忽略各振型運(yùn)動(dòng)耦合便可直接對(duì)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)方程進(jìn)行解耦,可以非常簡(jiǎn)便的計(jì)算出減震結(jié)構(gòu)和減震裝置在

9、平穩(wěn)金井清隨機(jī)地震動(dòng)模型下的方差反應(yīng)等統(tǒng)計(jì)量,并且可以推廣到其它形式隨機(jī)地震動(dòng)模型激勵(lì)的情況。基于層間變形失效準(zhǔn)則分析了粘滯阻尼減震結(jié)構(gòu)的可靠度,并以粘滯流體阻尼器的變形超過(guò)其自身極限變形作為阻尼器的失效模式,討論了粘滯阻尼器可靠度的計(jì)算。通過(guò)一個(gè)設(shè)置粘滯流體阻尼器的框架結(jié)構(gòu)計(jì)算實(shí)例,說(shuō)明了這種方法的運(yùn)用,討論了阻尼系數(shù)和消能支撐變形系數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)和阻尼器失效概率的影響。該方法可以作為一種實(shí)用的方法對(duì)振動(dòng)控制結(jié)構(gòu)在不同破壞狀態(tài)下的抗震可靠度