地震作用下某大型隔震博物馆楼层波及楼层反应谱研究
大跨度结构多点地震反应谱激励分析方法研究的开题报告
大跨度结构多点地震反应谱激励分析方法研究的开题报告一、研究背景大跨度结构是指跨度较长或高度较高的建筑结构，如大型体育馆、高层建筑、大型桥梁等。
由于大跨度结构自重大，自然频率低，容易受到地震等外部力的影响，因此必须进行抗震设计。
在工程抗震设计中，地震反应谱激励分析是一种常用的方法，但是传统的单点地震反应谱分析方法不能完全反映出大跨度结构在不同位置的地震响应情况，因此需要开展多点地震反应谱激励分析研究。
二、研究内容本研究旨在探讨大跨度结构多点地震反应谱激励分析方法。
具体研究内容如下：1. 分析多点地震反应谱分析方法的基础理论。
对多点地震反应谱分析方法的数学模型、计算方法等进行分析，确立研究方法。
2. 探讨多点地震反应谱分析方法在大跨度结构中的应用。
综合考虑大跨度结构的结构特点，选取多个关键位置进行地震反应谱分析，得出响应谱曲线，并分析其响应特点。
3. 使用数值模拟方法验证多点地震反应谱分析方法的有效性。
选取某座大跨度结构作为研究对象，建立结构数值模型，使用多点地震反应谱分析方法进行地震响应分析。
同时，采用传统的单点地震反应谱分析方法进行对比，验证多点地震反应谱分析方法的有效性。
三、研究意义本研究对于深入认识大跨度结构的地震响应特点、指导工程抗震设计实践、提高城市抗震防灾能力等方面均有重大意义。
具体表现在以下几个方面：1. 可以拓展传统单点地震反应谱分析方法，更加准确地反映出大跨度结构在地震作用下的响应情况。
2. 可以指导大跨度结构的抗震设计，提高其抗震性能和安全性。
3. 可以为城市规划、建设等提供科学依据，提高城市抗震防灾能力。
四、研究方法本文采用文献研究与数值模拟相结合的研究方法，具体步骤如下：1. 查阅相关文献，了解多点地震反应谱分析方法的基础理论、应用场景及实用性。
2. 分析大跨度结构的结构特点，选取多个关键位置进行地震反应谱分析，得出响应谱曲线，并分析其响应特点。
3. 选取某座大跨度结构作为研究对象，建立结构数值模型，使用多点地震反应谱分析方法进行地震响应分析。
高层建筑地震作用下的反应谱法的发展历史.
1西奥多·冯·卡门，出生于布达佩斯，匈牙利（1881年至1963年），工程师，应用科学家，教师和空想家，是航空丹尼尔·古根海姆研究生院加州技术研究所的第一任主任，在那里他于1930年从抵达德国亚琛。冯·卡门有先见之明、创造力和非凡的天赋让人们共同跨越专业、国家和语言障碍。他是航空和空间技术的世界最重要的领导者之一（参见，例如，冯·卡门和埃德森（1967））。
论力学方面非常活跃的，后来以反应谱法在地震工程中闻名。这些想法在1932年首次提出，在1942年得到全面的发展。70年后的今天，这一理论基本上保持不变，并且仍然形成地震工程线性力学框架的核心。
高烈度区隔震图书馆的减震性能及工程应用研究
高烈度区隔震图书馆的减震性能及工程应用研究高烈度区隔震图书馆的减震性能及工程应用研究引言：近年来，地震频发的情况下，建筑防护工程对于减轻地震灾害造成的损失显得尤为重要。
而在高烈度区，对于高重要性建筑物的防护更是迫切需要解决的问题。
图书馆作为承载知识与文化的场所，其防护工程显得尤为重要。
隔震技术作为一种有效降低地震灾害对建筑物冲击的手段，具备了在高烈度区保护图书馆的潜力。
本文将对高烈度区隔震图书馆的减震性能及工程应用进行研究探讨。
一、高烈度区隔震技术的概述隔震技术是指通过在建筑物的底部设置隔震设备，将建筑物与地基分离，减缓地震引发的水平加速度对建筑物的冲击力。
隔震技术的主要原理是利用隔震装置的变形能量吸收，使得地震的能量释放在隔震装置上，从而降低了建筑物受力的水平。
这种技术在国际上已被广泛应用，并取得了较好的效果。
二、高烈度区隔震图书馆的减震性能实验验证为了研究高烈度区隔震图书馆的减震性能，我们进行了实验验证。
首先，在实验中选取一座典型的图书馆作为研究对象，通过对图书馆的结构参数进行测量和分析，得出其刚度和动力特性。
然后，在实验室中建立了真实比例的模型，并根据实际地震波形进行地震模拟。
通过对模型进行地震模拟实验，我们可以得到图书馆在不同地震烈度下的反应情况。
实验结果显示，在高烈度地震下，未进行隔震处理的图书馆底部将产生较大位移和加速度响应，结构受力较大，容易发生破坏。
而经过隔震处理后的图书馆，由于隔震装置的能量吸收作用，其底部的位移和加速度响应显著降低，结构受力减小，得到了较好的减震效果。
这表明隔震技术在高烈度地震下可以有效减轻图书馆的结构受力，提高其抗震性能。
三、高烈度区隔震图书馆的工程应用在研究了高烈度区隔震图书馆的减震性能后，我们将进一步探讨其工程应用。
首先，根据实验结果，我们可以得出针对高烈度区隔震图书馆的设计指导原则。
包括选择合适的隔震装置类型和参数、确定隔震装置的位置和布置方式，以及考虑隔震装置与建筑结构的耦合问题等。
抗震设计中反应谱的应用讲课教案
抗震设计中反应谱的应用抗震设计中反应谱的应用一．什么是反应谱理论在房屋工程抗震研究中，反应谱是重要的计算由结构动力特性所产生共振效应的方法。
它的书面定义是“在给定的地震加速度作用期间内，单质点体系的最大位移反应、速度反应和加速度反应随质点自振周期变化的曲线。
用作计算在地震作用下结构的内力和变形”，反应谱理论考虑了结构动力特性与地震动特性之间的动力关系，通过反应谱来计算由结构动力特性（自振周期、振型和阻尼）所产生的共振效应，但其计算公式仍保留了早期静力理论的形式。
地震时结构所受的最大水平基底剪力，即总水平地震作用为：FEK = kβ(T)G式中，k为地震系数，β(T)则是加速度反应谱Sa(T)与地震动最大加速度a的比值，它表示地震时结构振动加速度的放大倍数。
β(T)=Sa(T)/a反应谱理论建立在以下基本假定的基础上：1)结构的地震反应是线弹性的，可以采用叠加原理进行振型组合；2)结构物所有支承处的地震动完全相同：3)结构物最不利地震反应为其最大地震反应：4)地震动的过程是平稳随机过程。
二．实际房屋抗震设计中的应用为了进行建筑结构的抗震设计，必须首先求得地震作用下建筑结构各构件的内力。
一般而言，求解建筑结构在地震作用下构件内力的方法主要有两种，一种是建立比较精确的动力学模型进行动力时程分析计算，这种方法比较费时费力，其精确度取决于动力学模型的准确性和所选取地震波是否适当，并且对于工程技术人员来说，这种方法不易掌握；第二种方法是根据地震作用下建筑结构的加速度反映，求出该结构体系的惯性力，将此惯性力作为一种反映地震影响的等效力，即地震作用，然后进行抗震计算，抗震规范实际上采用了第二种方法，即地震作用反应谱法。
实践也证明此方法更适合工程技术人员采用。
由于目前抗震规范中的地震作用反应谱仅考虑结构发生弹性变形情况下所得的反应谱，因此当结构某些部位发生非线性变形时，抗震规范中的反应谱就不能适用，而应采用弹塑性反应谱来进行计算。
复杂博物馆结构的隔震效应及地震响应分析
摘要ຫໍສະໝຸດ 对具 有 竖向构件 不规 则 、 板 开洞 面积 大、 楼 四周 悬挑 梁等特征 的 复杂混 凝土框 架一钢 支撑 博 物
馆 结构 ， 用 隔震技 术 处理后 ， 于时程 分析 法进行 了层 间位移 、 间剪 力等 的地 震 响应分析 ， 采 基 层 隔震后 结
ｆｒ ｕ ｃ ａｃ ｌｔ ｎ ａ ｄ ｈ ｓ ａ ｃ ｒ ｉ ｃ ｕ ａ ｙ ｅ ｓ ａ ｑ ｉ ｋ ｃ ｌｕ ａｉ ｎ ａ ｅ ｔ ｎ ａ ｃ ｒ ｃ ，ｗｈｃ ａ ｅ ｕ ｅ ｎ ｆ ｓ ａ ａｙ ｉ ｆ ｏ ｌ ａ ｅ ｓ ｌｔ ｄ ｏ ａ ｉｈ ｃ ｎ ｂ ｓ ｄ ｉ ａ ｔ ｎ ｌ ｓ ｏ ｍｐ ｉ ｔｄ ｉ ａｅ ｓ ｃ ｃ ｏ
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云南昆明博物馆新馆基础隔震结构楼层谱分析
２１ 年 １ ０１ ２月
工 程 抗 震 与 加 固 改 造
Ｖｏ． ３． ．６ Ｉ３ Ｎｏ
Ｄｅ ｃ． ２ １ Ｏ１
Ｅａ ｔ ｑ ａ ｅ Ｒｅ ｉｔｎｔＥｎｇｎ ｅ ｉｇ ａ ｔｏｉｔｎ ｒｈ ｕ ｋ ｓｓａ ｉ ｅ ｒｎ ｎｄ Ｒｅｒ ｆｔｉ ｇ
［ 章 编 号 ］ １０ ． １ （０ １０ －０５０ 文 ０ ２８ ２ ２ １ ）６０ ４ －７ ４
云南 昆 明博 物 馆 新馆 基 础 隔震 结构 楼 层 谱 分 析
鄢 兴 祥 ，朱 玉华 （ 同济大学 建筑设计研究院（ 有限 集团） 公司， ２ ０２ 上海 ０ ９） ０
【 摘 要 ］ 云南 昆 明博 物 馆 新 馆 位 于高 烈 度 区 ， 用 铅 芯 叠 层 橡 胶 隔 震 支 座 及 普 通 叠 层 橡 胶 隔 震 支 座 组 合 基 础 隔 震 体 系 。 采 由 于结 构 内部 附 属结 构 物 在 大 震 甚 至 中 小震 作 用 下 可 能 发 生 损 坏 ， 成 巨 大 损 失 ， 此 ， 用 楼 层 反 应 谱 来 分 析 附 属 结 构 物 造 为 采
Ａｂｓｒ ｃ ： ｔ ａ ｔ Ｋｕｎ ｎ ｍｉ ｇ ｍｕｓ ｕ ｎ ｗ ｕ ｅ，ｗｈｉｈ ｉ ｏ ａｅ ｎ ｈ ｇ ｅ ｓ ｉ ｏ ｔ ｃ ｔｏ ｎ ｅ ｓｔ ｅ ｉｎ， ｉ ａ ｅ ｉｏａｅ ｔ ｏｈ ｌ ａ ｅ ｍ ｅ ｈｏ ｓ ｃ ｓｌ ｃ ｔ ｄ ｉ ｉｈ ｓ ｉｍ ｃ ｆ ｒｉ ａｉ ｎ ｉ ｔ ｎ ｉｙ ｒ ｇｏ ｉ ｆ ｓ ｂ ｓ ｓ ｌ ｔｄ ｗｉｈ ｂ ｔ ｅ ｄ
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高层建筑在结构震动台试验的地震反应
高层建筑在结构震动台试验的地震反应纪晓东摘要当受到长周期地震动，高层建筑楼层上进行大的反应。
家具及非结构构件容易受到重大损害在这样的事件里。
本文提出了一个全面的子结构振动台试验重现大型高层建筑楼的反应建筑物。
反应在楼的顶层，一个虚拟的30层楼模型受到合成长周期地震动的是作为一个目标波形再现。
由于各种容量的限制，振动台在直接再现这种大型反应较困难，一个聚合橡胶系统（rubber-and-mass system）被设计来放大震动台的运动。
为实现准确复制的楼层反应，一种控制程序称开环补偿逆动力学仿真算法（IDCS）用于生成一个特殊的输入波的振动台。
实现IDCS算法，我们用模型匹配方法model matching method和H∞方法用来构造控制器。
本文提出了一个数值例子来说明IDCS算法，并且比较了不同性能的方法控制器的设计。
本文举出了一系列全面的子结构的振动台试验进行e-defense验证了该方法的有效性和审查的地震行为的家具。
本试验结果表明，rubber-and-mass系统能够放大震动台运动影响约3.5的最大速度和位移，另外，子结构的振动台试验可以复制的大型地板反应了几分钟。
引言长周期，长时间地运动的诱发地震在太平洋俯冲洋脊区预计在未来几十年将持续影响日本，具有非常高的概率[ 1 ]。
高层建筑是容易维持显着的反应的特点是许多周期振动大的速度和位移。
2类型的损害可能发生的事件。
梁柱连接很容易受到严重的低周疲劳故障造成许多周期的塑性变形[ 2 ]。
家具及非结构构件在顶端的楼层很可能是哈肯显着，导致滑，跌倒，翻转，和碰撞的这些元素[ 3 ]。
要检查家具的抗震性能下大型落地回应，大规模测试区必须的，因为它是非常困难的，没有相似的损失缩小尺寸的家具。
很显然为高层建筑做一个整体的，全面的测试是行不通的。
另一种方式是在应用程序的在线混合测试，这是能够处理大规模的结构，通过引入子结构技术substructuring techniques [4-8]。
地震作用下楼层数对结构动力响应影响分析
如 Ｆ ｒｒ ｎ或 ｃ语 言实 现 起来 往 往 比较 复杂 ， 动力 方程 的求 解 也可 以通过 Ｆ ｕｉｒ变换 来 实 现 ， 且 ｏｔ ａ 其 ｏｒ ｅ 而
利用 Ｍａｌｂ提供 的 函数 可使 求解 过程 大 大简化 。本 文采 用 较普 遍 的加 速度 输入 ， 采 用较 常 用 的层 间 ｔ ａ 并
第 ２ ８卷 第 ３ 期
２１ ０ ０年 ５月
佛 山科 学技 术学 院学 报 （ 自然 科 学版 ）
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式 （） ６ 为层 间剪切 模 型在时 域 中的动 力响应 解析解 。
２ 算 例 分 析
为 了验证 本方 法 的正 确性 ， 本文 取 的地震 波和参 数 与文献 ［ ］ ６ 一致 ， 用 上 述推 导 方法 得 到 的 结果 运 与 文献 ［ ］ 比较 ， ３作 结果 如 图 １ ～２所 示 。
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第38卷第8期振动与冲击JOURNAL OF VIBRATION AND SHOCK Vol.38 No.8 2019地震作用下某大型隔震博物馆楼层波及楼层反应谱研究王亚:，杨维国：，王萌:，刘佩:，葛家琪2%马伯涛2(1.北京交通大学土木建筑工程学院，北京100044 ; 2.中国航空规划设计研究总院有限公司，北京100120)主商要！为了得到隔震博物馆类框架结构准确的楼层响应及楼层反应谱，以国内某实际隔震博物馆为基础，建立结构有限元模型并利用环境振动测试进行模态验证。
选择7条地震波调幅进行时程分析，通过时程曲线频谱、加速度峰值两参数分析楼层波与地震波的差异。
在此基础上，通过MATLAB程序计算楼层加速度反应谱，拟合用于展陈设计的标准化设计反应谱。
研究结果表明:有限元模型动力特性与实测结果吻合较好;在地震作用下，1~3层展厅处的加速度峰值较其它层低，楼层波频谱的频率范围主要为低频段，楼层波卓越频率为结构自振频率。
楼层波与地震波差异较大;楼层加速度反应谱是地震波与结构共同作用的结果;得到了展厅处加速度标准化设计谱曲线及数学表达，提出展陈及文物的防震设计方法。
关键词！隔震;振动测试;楼层波;频谱;楼层加速度反应谱;设计谱中图分类号：TU311;TU317 文献标志码：A DOI：10.13465/j. cnki. jvs.2019. 08. 031Floor wave and floor response spectrum research of one large base-isolatedmuseum under earthquakeWANG Ya1，YANG Wei^uo1，WANG Meng1，LIU P e i，GE Jiaqi^，Botao2(1. School of Civil Engineering，Beijing Jiaotong University，Beijing 100044，China；2. China Aviation Planning and Design Institute ( Group) Company，Beijing 100120，China)A bstract:In order t o obtain the floor response and floor acceleration response spectrum of seismic isolated muse u m，a f i n i t e element model of actual isolated museum was established.The model was verified through environment vibration tests.7 seismic time history curves were chosen t o analyze the model.The difference between floor wave and seismic wave was a nalyzed through peak acceleration and frequency spectrum.The floor acceleration response spectrum was calculated through M A T L AB and the design spectrum was fitte d.The results show：the dynamic characteristics of F E M are in a good agreement with t e s t values;The peak acceleration of 1—3 layers i s lower than other layers.The frequency spectrum mainly ranges for low frequencies.The predominant frequency of floor wave i s the natural frequency of structure.The difference between floor wave and seismic wave i s great.The floor acceleration response spectrums i s the result of earthquake working together with structure；The floor acceleration design response spectrum and mathematical formula were gotten.The s eismic protection design metliod for exhibition t o o l and cultural r e l i c s was put forward.Key w ords：seismic isolation；vibration test;floor wave;frequency spectrum；floor acceleration resj^onse spectrum；deJign Jpectrum博物馆内文物是宝贵的文化遗产，是历史与文化 的传承、民族的象征[1_2]。
近些年国内外的强烈地震 对文物造成了严重、不可逆的损坏，如美国洛杉矶地 震、日本阪神地震等[3]，这引起了世界各地文物保护人 员和地震防灾技术人员的高度重视。
基金项目：国家自然科学基金（51578046 #51778042)收稿日期：2017-11-10修改稿收到日期:2018-01-19第一作者王亚女,博士生,1990年生通信作者杨维国男，教授，博士生导师,1973年生目前新建的博物馆结构基本都采用隔震技术以降 低地震响应。
地震波经馆舍、展柜传递给文物，馆舍和 展柜的动力特性会对地震波的传递产生影响。
但国内 外现有的文物防震分析方法多采用直接将博物馆所在 地区的地震波输入到展陈文物进行地震响应研究，未 考虑地震波在馆舍内部传递后形成楼层波的变化差 异[4]，直接用地震波进行文物或展柜的防震研究是不 准确的。
馆内展陈、文物为博物馆建筑内的附属结构，也是需要重点保护的对象[5]。
估计轻质附属结构反应 的传统方法是计算楼层反应谱[6]。
对于基础隔震结构204振动与冲击2019年第38卷楼层反应谱研究相对较少，F a n 等[7]将轻质附属结构模 拟为单自由度体系进行了初步的反应谱分析。
国巍 等[8]为分析附属结构响应，进行了多维地震下3层偏 心结构的楼层谱分析，主要研究附属结构的响应。
目 前欠缺针对博物馆结构楼层谱特性及设计谱的研究。
本文以某实际大型隔震博物馆为例，进行环境振 动实测，以验证建立精细有限元模型的正确性。
考虑 到文物的珍贵与大震易损性，输人罕遇地震波并从频 谱、加速度幅值分析地震波与楼层波差异，为馆藏文物 防震研究提供准确的振动输人。
通过M A T L A B 将附属 结构假设为弹性单自由度体系，对结构楼层加速度反 应谱进行了计算。
针对展厅处的楼层加速度反应谱， 拟合出用于展陈设计的标准化加速度设计谱，指导展 陈(展柜、隔震装置）的设计，并形成展陈及文物的防震 设计方法。
1博物馆模型建立与振动实测验证所选结构建筑平面尺寸为104 m x 104 m ，呈回字形。
地上6层，地下2层。
结构跨度11 ~ 13. 6 m ，总高37.2 m 。
1~3层为展厅，层高7.6 m ，为型钢混凝土框 架一钢支撑体系;4 ~5层层高3. 8 m ，为混凝土框架结 构;6层层高2. 6 m 。
工程地区的抗震设防烈度为8 度，场地类别为！类，设计地震分组为第二组，基本加速度值为0.20)。
-2层~-1层为隔震层，主体结构采用防震设防。
橡胶支座采用四种规格，分别为:无铅芯LB 800、LB 1000和 铅芯LRB 800、L R B 1000,总计166个。
根据荷载大小平面 布置采用单支座和双支座结合的布置形式。
1>结构计算模型建立为研究结构的特性，并进行结构在地震作用下的 响应分析，建立了该博物馆的三维精细有限元模型，如 图1所示。
由于隔震层将上部结构与地面隔开，建模 时不考虑隔震层以下结构。
采用有限元软件M I D A S /G e n 建立隔震博物馆模 型。
用梁单元模拟混凝土框架结构的梁、柱，用板单元 模拟楼板，墙单元模拟-1层剪力墙，网架结构则采用!(b )第2阶-r 向平动图2模型的前3阶振型Fig . 2 The f i r s t t h r e e mode shapes空间铰接的杆系模型。
结构设定为刚性楼板，整体结 构模型属于高次超静定结构，杆件单元为单向受力单 元，节点为多向铰节点。
在整体模型中，四种隔震支座 具体参数如表1所示。
(b )立面图图1博物馆有限元模型Fig . 1 The f i n i t e element model o f museum表1隔震支座参数Tab. 1 The parameters of isolation bearings支座参数LRB800LRB1000LB800LB1000竖向刚度7/(GN • m m _1)3 2705 221 2 885 4 649屈服前水平刚度/(kN + m -1)16 149 24 597屈服后水平刚度7/(GN • m -)1 2421 892屈服力8/kN 160.8251.3支座刚度/(kN • m _1)1 1911 815支座阻尼/(kN • s • m _1 )60.492.1等效水平刚度/(kN • m -1)2 1083 212等效阻尼/(kN • s • m -1)556.2847.51.2模型自振特性分析结构的自振特性分析是进行地震分析并得到结构 动力响应的前提。
对模型进行地震荷载工况下的特征值分析，得到前30阶的计算结果。
前3阶的自振周期 分别为:3.34 s ，3.28 s ，3.22 s 。
图2为前3阶振型，分 别为向平动、％向平动、扭转。
第#期王亚等！地震作用下某大型隔震博物馆楼层波及楼层反应谱研究2051.3模型振动实测验证为得到结构实际的动力特性，对博物馆结构进行了环境振动测试。
信号采集及记录利用软件D A S P-V10。
测试采用的振动信号采集设备为-V3018C型8通道24位信号采集仪，传感器为中国地震局工程力学研究所出厂的941B型拾振器。
为得到结构的自振特性，共进行两种工况的测试。
工况1——在一层大厅4个角点上，分别为测点1 ~4,每个点布置2个水平传感器，见图3"Q#工况2——在各层楼梯间楼板处均布2个传感器。