專利名稱：考慮ssi一般平面不規(guī)則建筑地震反應(yīng)的分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種建筑工程結(jié)構(gòu)地振響應(yīng)分析的方法，具體的說是一種考慮土與結(jié)構(gòu)相互作用(soil-structure interaction, SSI) 一般平面不規(guī)則建筑地震反應(yīng)的分析方法。
背景技術(shù)：
隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市化程度的提高，城市人口急劇增加。為滿足社會發(fā)展的需要，人類開始向地下和空中發(fā)展。建筑在向空中發(fā)展的同時，在世人面前展現(xiàn)出獨特的復(fù)雜形體。設(shè)計師們?yōu)榱吮M量體現(xiàn)其設(shè)計的想象才華和體現(xiàn)建筑的特色和個性，各種奇形怪狀的建筑物和構(gòu)筑物得到不斷和快速的發(fā)展。這就造成了建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量中心和剛度中心不重合，作用于結(jié)構(gòu)質(zhì)心上的風(fēng)荷載對剛心產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)力矩，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了平扭耦合風(fēng)振響應(yīng)。目前對結(jié)構(gòu)在考慮土與結(jié)構(gòu)相互作用進(jìn)行地震振響應(yīng)的分析，一般將其看成X方向或Y方向上，土與結(jié)構(gòu)相互作用具有一維模態(tài)兩自由度形狀或二維模態(tài)三自由度形狀的建筑結(jié)構(gòu)。如質(zhì)量中心、剛度中心與結(jié)構(gòu)幾何中心一致的建筑結(jié)構(gòu)，對其X方向、Y方向以及扭轉(zhuǎn)響應(yīng)進(jìn)行獨立分析研究。但實際結(jié)構(gòu)的質(zhì)量中心、剛度中心和幾何中心往往是不重合的，結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生平扭耦合地振響應(yīng)。對于地震敏感的偏心結(jié)構(gòu)，在雙向地震作用下，為了準(zhǔn)確的表現(xiàn)地震的作用，考慮土與結(jié)構(gòu)五個自由度的相互作用阻抗函數(shù)，這是非常有必要的。因此，分析考慮SSI —般平面不規(guī)則建筑地震反應(yīng)是非常有意義的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對已有技術(shù)存在的缺陷，提供一種考慮SSI —般平面不規(guī)則建筑地震反應(yīng)的分析方法，對剛度中心與質(zhì)量中心和幾何中心不重合的結(jié)構(gòu)進(jìn)行地振響應(yīng)，具體就是對一般的質(zhì)量偏心結(jié)構(gòu)在考慮土的作用下，進(jìn)行平扭-耦合風(fēng)振分析，通過設(shè)置不同的質(zhì)量偏心位置，分別分析了同軸質(zhì)量偏心位置對結(jié)構(gòu)地振響應(yīng)的影響和非同軸質(zhì)量偏心位置對結(jié)構(gòu)地振響應(yīng)的影響。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是對于結(jié)構(gòu)模型，采用極坐標(biāo)表示質(zhì)量偏心位置，建立一般質(zhì)量偏心結(jié)構(gòu)的動力方程；將作用在結(jié)構(gòu)上的地震載看作為均值為零的高斯平穩(wěn)隨機(jī)過程，在頻域內(nèi)對一般質(zhì)量偏心結(jié)構(gòu)進(jìn)行平扭-耦合地振響應(yīng)分析，得出結(jié)構(gòu)位移和加速度的算術(shù)均方根值。根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案
一種考慮SSI —般平面不規(guī)則建筑地震反應(yīng)的分析方法，其特征在于操作步驟如下
1)應(yīng)用極坐標(biāo)表示結(jié)構(gòu)各層的質(zhì)量偏心，建立雙向地震作用下質(zhì)量偏心結(jié)構(gòu)動力方
程;
2)在頻域內(nèi)，用五個自由度的阻抗函數(shù)表征土與結(jié)構(gòu)相互作用(SSI);建立在雙向地震作用下考慮SSI效應(yīng)的一般質(zhì)量偏心結(jié)構(gòu)的總運動方程；
3)選定結(jié)構(gòu)模型，確定土和結(jié)構(gòu)的模型參數(shù)，以五個自由度的阻抗函數(shù)表征SSI，聯(lián)立上部結(jié)構(gòu)的動力方程，建立總運動方程；4)基于水平地震作用下的功率譜，對譜強度因子單位化，在頻域內(nèi)進(jìn)行一般質(zhì)量偏心結(jié)構(gòu)的平移-扭轉(zhuǎn)耦合響應(yīng)分析；
5)設(shè)置不同的質(zhì)量偏心結(jié)構(gòu)，分別分析了一般質(zhì)量偏心情況下的同軸、非同軸質(zhì)量偏心對矩形建筑結(jié)構(gòu)平移-扭轉(zhuǎn)的影響，計算獲得結(jié)構(gòu)各層平面中心位移和加速度的算術(shù)均方根數(shù)據(jù)。
上述采用極坐標(biāo)表示結(jié)構(gòu)的質(zhì)量偏心位置的表示方式如下當(dāng)結(jié)構(gòu)幾何中心X方向位移力-λ、Y方向位移力I和扭轉(zhuǎn)向位移為d時，質(zhì)量中心X方向、Y方向和扭轉(zhuǎn)位移的極坐標(biāo)表示式為
權(quán)利要求
1.1. 一種考慮SSI —般平面不規(guī)則建筑地震反應(yīng)的分析方法，其特征在于操作步驟如下 1)采極坐標(biāo)的形式表示結(jié)構(gòu)各層的質(zhì)量偏心，建立雙向地震作用下質(zhì)量偏心結(jié)構(gòu)動力方程； 2)在頻域內(nèi)，用五個自由度的阻抗函數(shù)表征考慮土與結(jié)構(gòu)相互作用SSI，建立在雙向地震作用下考慮SSI效應(yīng)一般質(zhì)量偏心結(jié)構(gòu)的總運動方程； 3)選定結(jié)構(gòu)模型，確定土和結(jié)構(gòu)的模型參數(shù)，以五個自由度的阻抗函數(shù)表征SSI，聯(lián)立上部結(jié)構(gòu)的動カ方程，建立總運動方程； 4)基于水平地震作用下的功率譜，對譜強度因子単位化，在頻域內(nèi)進(jìn)行一般質(zhì)量偏心結(jié)構(gòu)的平移-扭轉(zhuǎn)耦合響應(yīng)分析； 5)設(shè)置不同的質(zhì)量偏心結(jié)構(gòu)，分別分析了一般質(zhì)量偏心情況下的同軸、非同軸質(zhì)量偏心對矩形建筑結(jié)構(gòu)平移-扭轉(zhuǎn)的影響，計算獲得結(jié)構(gòu)各層平面中心位移和加速度的算木均方根數(shù)據(jù)。
2.2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的考慮SSI —般平面不規(guī)則建筑地震反應(yīng)的分析方法，其特征在于所述步驟I)采用極坐標(biāo)的形式表示結(jié)構(gòu)各層的質(zhì)量偏心的方法是當(dāng)結(jié)構(gòu)幾何中心X方向位移為4、Y方向位移為 和扭轉(zhuǎn)向位移為ら時，質(zhì)量中心X方向、Y方向和扭轉(zhuǎn)位移的極坐標(biāo)表示式為
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的考慮SSl—般平面不規(guī)則建筑地震反應(yīng)的分析方法，其特征在于所述步驟I)建立雙向地震作用下質(zhì)量偏心結(jié)構(gòu)動力方程的方法是采用所述極坐標(biāo)表示結(jié)構(gòu)任意位置的質(zhì)量偏心一公式(I)、(2)、(3)，建立兩層一般質(zhì)量偏心結(jié)構(gòu)的動カ方程
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的考慮SSI —般平面不規(guī)則建筑地震反應(yīng)的分析方法，其特征在于所述步驟2)，在頻域內(nèi)，用五個自由度的阻抗函數(shù)表征考慮土與結(jié)構(gòu)相互作用SSI，建立在雙向地震作用下考慮SSI效應(yīng)一般質(zhì)量偏心結(jié)構(gòu)的總運動方程使用OTOFs系統(tǒng)來模擬土與雙向平面不對稱結(jié)構(gòu)界面的相互作用力；即有兩個水平運動、兩個搖擺轉(zhuǎn)動、一個旋轉(zhuǎn)扭動，界面相互作用力可用土阻抗函數(shù)表征，其一般表達(dá)式為 [Λ(φ) ] = [i* (α>)]+i a{C (< )](6) 式中W>)]為動カ剛度矩陣，[ご(_為粘性阻尼矩陣，φ為圓頻率； 5DOFs 土阻抗函數(shù)矩陣可表示為
全文摘要
本發(fā)明公開了一種考慮SSI一般平面不規(guī)則建筑地震反應(yīng)的分析方法。操作步驟為一，應(yīng)用極坐標(biāo)表示結(jié)構(gòu)各層的質(zhì)量偏心，建立雙向地震作用下質(zhì)量偏心結(jié)構(gòu)動力方程；二，用五個自由度阻抗函數(shù)表征SSI；三，選定結(jié)構(gòu)模型，確定土和結(jié)構(gòu)的模型參數(shù)，建立考慮SSI一般質(zhì)量偏心結(jié)構(gòu)總動力方程；四，基于地震譜強度因子的單位化，在頻域內(nèi)進(jìn)行一般質(zhì)量偏心結(jié)構(gòu)的平移-扭轉(zhuǎn)耦合反應(yīng)分析。本發(fā)明分別分析了一般質(zhì)量偏心情況下的同軸、非同軸質(zhì)量偏心對結(jié)構(gòu)平移-扭轉(zhuǎn)反應(yīng)的影響，計算獲得結(jié)構(gòu)各層平面中心位移和加速度的算術(shù)均方根。創(chuàng)新之處為采用極坐標(biāo)表示結(jié)構(gòu)非同軸偏心，優(yōu)越之處在于能靈活地設(shè)置結(jié)構(gòu)偏心位置，并給出非同軸偏心對結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響。
文檔編號G06F19/00GK102663246SQ20121009818
公開日2012年9月12日 申請日期2012年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月6日
發(fā)明者李春祥, 甘志興 申請人:上海大學(xué)