超高层建筑结构最不利地震动的选取方法

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由于超高层结构的特殊性和重要性,在其弹塑性时程分析中,为了分析超高层结构的抗震潜力,需要选出针对超高层结构的最不利地震动。最不利地震动的最准确的确定是针对给定结构和场地条件能使结构的反应达到最大的地震动。但是对于超高层结构进行大量的时程分析,显然是不现实的。现有研究提出的具有破坏力的最不利地震动的选取方法主要是针对周期在5.5s以下的结构,然而现在超高层结构周期已超出这个区间。对超高层结构最不利地震动的选取,这一问题有待解决。  本研究基于共振的理论,考虑到地震动中其他不等于结构一阶频率的频率成分对结构响应的贡献,采用动力放大系数对经过快速傅里叶变换的地震动傅里叶幅值的乘积形式进行修正。通过理论推导,证明了这种假设的合理性。同时考虑到高阶振型不可忽视的结构,采用振型参与质量系数作为权重,量化结构高阶振型的影响,最后通过相关性的分析,确定了最合理的振型考虑数量是二,提出了修正傅里叶幅值的地震动强度指标。采用Pacific Earthquake Engineering Research(PEER) NGA-West数据库作为备选地震波数据库。针对综合评价地震动潜在破坏势法,天际线算法,平均谱加速度法,和修正傅里叶幅值四种方法,选取出分别适用于两个不同超高层结构的最不利地震动组进行时程分析。通过对结构层间位移角的比较,发现修正傅里叶幅值法求得的层间位移角最大。说明修正傅里叶幅值的地震动选取方法对超高层结构更为不利。对不同的PGA水平,两个超高层结构的最大层间位移角和13种常见的地震动强度指标、3种适用于高层结构的地震动强度指标以及修正傅里叶幅值法进行相关性分析。通过比较发现,修正傅里叶幅值法与结构最大层间位移角求得的相关系数较大且保持稳定。说明不同PGA水平和结构,修正傅里叶幅值对超高层结构不利性保持稳定。为了检验修正傅里叶幅值法的鲁棒性,计算了在不同PGA水平下,两个超高层结构修正傅里叶幅值和适用于3种高层结构的地震动强度指标共四种指标的p值。在不同PGA水平下,不同的结构,修正傅里叶幅值法的p值均远小于其他三个指标。说明利用修正傅里叶幅值法观察的趋势在统计学上是非常显著的。
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