专利名称：考虑ssi一般平面不规则建筑地震反应的分析方法
技术领域：
本发明涉及一种建筑工程结构地振响应分析的方法，具体的说是一种考虑土与结构相互作用(soil-structure interaction, SSI) 一般平面不规则建筑地震反应的分析方法。
背景技术：
随着社会经济的发展，城市化程度的提高，城市人口急剧增加。为满足社会发展的需要，人类开始向地下和空中发展。建筑在向空中发展的同时，在世人面前展现出独特的复杂形体。设计师们为了尽量体现其设计的想象才华和体现建筑的特色和个性，各种奇形怪状的建筑物和构筑物得到不断和快速的发展。这就造成了建筑结构质量中心和刚度中心不重合，作用于结构质心上的风荷载对刚心产生扭转力矩，使结构产生了平扭耦合风振响应。目前对结构在考虑土与结构相互作用进行地震振响应的分析，一般将其看成X方向或Y方向上，土与结构相互作用具有一维模态两自由度形状或二维模态三自由度形状的建筑结构。如质量中心、刚度中心与结构几何中心一致的建筑结构，对其X方向、Y方向以及扭转响应进行独立分析研究。但实际结构的质量中心、刚度中心和几何中心往往是不重合的，结构会产生平扭耦合地振响应。对于地震敏感的偏心结构，在双向地震作用下，为了准确的表现地震的作用，考虑土与结构五个自由度的相互作用阻抗函数，这是非常有必要的。因此，分析考虑SSI —般平面不规则建筑地震反应是非常有意义的。
发明内容
本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种考虑SSI —般平面不规则建筑地震反应的分析方法，对刚度中心与质量中心和几何中心不重合的结构进行地振响应，具体就是对一般的质量偏心结构在考虑土的作用下，进行平扭-耦合风振分析，通过设置不同的质量偏心位置，分别分析了同轴质量偏心位置对结构地振响应的影响和非同轴质量偏心位置对结构地振响应的影响。为达到上述目的，本发明的构思是对于结构模型，采用极坐标表示质量偏心位置，建立一般质量偏心结构的动力方程；将作用在结构上的地震载看作为均值为零的高斯平稳随机过程，在频域内对一般质量偏心结构进行平扭-耦合地振响应分析，得出结构位移和加速度的算术均方根值。根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案
一种考虑SSI —般平面不规则建筑地震反应的分析方法，其特征在于操作步骤如下
1)应用极坐标表示结构各层的质量偏心，建立双向地震作用下质量偏心结构动力方
程;
2)在频域内，用五个自由度的阻抗函数表征土与结构相互作用(SSI);建立在双向地震作用下考虑SSI效应的一般质量偏心结构的总运动方程；
3)选定结构模型，确定土和结构的模型参数，以五个自由度的阻抗函数表征SSI，联立上部结构的动力方程，建立总运动方程；4)基于水平地震作用下的功率谱，对谱强度因子单位化，在频域内进行一般质量偏心结构的平移-扭转耦合响应分析；
5)设置不同的质量偏心结构，分别分析了一般质量偏心情况下的同轴、非同轴质量偏心对矩形建筑结构平移-扭转的影响，计算获得结构各层平面中心位移和加速度的算术均方根数据。
上述采用极坐标表示结构的质量偏心位置的表示方式如下当结构几何中心X方向位移力-λ、Y方向位移力I和扭转向位移为d时，质量中心X方向、Y方向和扭转位移的极坐标表示式为
权利要求
1.1. 一种考虑SSI —般平面不规则建筑地震反应的分析方法，其特征在于操作步骤如下 1)采极坐标的形式表示结构各层的质量偏心，建立双向地震作用下质量偏心结构动力方程； 2)在频域内，用五个自由度的阻抗函数表征考虑土与结构相互作用SSI，建立在双向地震作用下考虑SSI效应一般质量偏心结构的总运动方程； 3)选定结构模型，确定土和结构的模型參数，以五个自由度的阻抗函数表征SSI，联立上部结构的动カ方程，建立总运动方程； 4)基于水平地震作用下的功率谱，对谱強度因子単位化，在频域内进行一般质量偏心结构的平移-扭转耦合响应分析； 5)设置不同的质量偏心结构，分别分析了一般质量偏心情况下的同轴、非同轴质量偏心对矩形建筑结构平移-扭转的影响，计算获得结构各层平面中心位移和加速度的算木均方根数据。
2.2.根据权利要求I所述的考虑SSI —般平面不规则建筑地震反应的分析方法，其特征在于所述步骤I)采用极坐标的形式表示结构各层的质量偏心的方法是当结构几何中心X方向位移为4、Y方向位移为 和扭转向位移为ら时，质量中心X方向、Y方向和扭转位移的极坐标表示式为
3.根据权利要求2所述的考虑SSl—般平面不规则建筑地震反应的分析方法，其特征在于所述步骤I)建立双向地震作用下质量偏心结构动力方程的方法是采用所述极坐标表示结构任意位置的质量偏心一公式(I)、(2)、(3)，建立两层一般质量偏心结构的动カ方程
4.根据权利要求3所述的考虑SSI —般平面不规则建筑地震反应的分析方法，其特征在于所述步骤2)，在频域内，用五个自由度的阻抗函数表征考虑土与结构相互作用SSI，建立在双向地震作用下考虑SSI效应一般质量偏心结构的总运动方程使用OTOFs系统来模拟土与双向平面不对称结构界面的相互作用力；即有两个水平运动、两个摇摆转动、一个旋转扭动，界面相互作用力可用土阻抗函数表征，其一般表达式为 [Λ(φ) ] = [i* (α>)]+i a{C (< )](6) 式中W>)]为动カ刚度矩阵，[ご(_为粘性阻尼矩阵，φ为圆频率； 5DOFs 土阻抗函数矩阵可表示为
全文摘要
本发明公开了一种考虑SSI一般平面不规则建筑地震反应的分析方法。操作步骤为一，应用极坐标表示结构各层的质量偏心，建立双向地震作用下质量偏心结构动力方程；二，用五个自由度阻抗函数表征SSI；三，选定结构模型，确定土和结构的模型参数，建立考虑SSI一般质量偏心结构总动力方程；四，基于地震谱强度因子的单位化，在频域内进行一般质量偏心结构的平移-扭转耦合反应分析。本发明分别分析了一般质量偏心情况下的同轴、非同轴质量偏心对结构平移-扭转反应的影响，计算获得结构各层平面中心位移和加速度的算术均方根。创新之处为采用极坐标表示结构非同轴偏心，优越之处在于能灵活地设置结构偏心位置，并给出非同轴偏心对结构地震响应的影响。
文档编号G06F19/00GK102663246SQ20121009818
公开日2012年9月12日 申请日期2012年4月6日 优先权日2012年4月6日
发明者李春祥, 甘志兴 申请人:上海大学