不同时频特性近断层地震作用下的结构响应研究

韩淼; 赵鸣鹤; 杜红凯; 蒋金卫

doi:10.11939/jass.20220135

不同时频特性近断层地震作用下的结构响应研究

doi: 10.11939/jass.20220135

中国北京 100044 北京建筑大学北京未来城市设计高精尖创新中心

基金项目: 国家“十三五”重点研发计划（2019YFC1509500）和北京未来城市设计高精尖创新中心课题（UDC2019032424）共同资助

详细信息

作者简介:
韩淼，博士，教授，主要从事工程结构抗震减灾及抗震性能研究，e-mail：hanmiao@bucea.edu.cn

通讯作者:
杜红凯，博士，副教授，主要从事工程结构抗震减灾及抗震性能研究，e-mail:duhongkai@bucea.edu.cn

中图分类号: TU352.1
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出版历程
- 收稿日期: 2022-07-23
- 修回日期: 2022-08-25
- 网络出版日期: 2022-09-09
- 刊出日期: 2022-09-15

Study on structural dynamic response under near fault ground motion with different time-frequency characteristics

Beijing Advanced Innovation Center for Future Urban Design，Beijing University of Civil Engineering and Architecture，Beijing 100044，China

摘要

摘要: 研究不同时频特性的地震波作用下，抗震结构和隔震结构耦合设备的动力响应，对五层钢框架振动台模型试验数据进行小波分析。结果表明：主结构动力响应与地震波时频特性直接相关；由于主结构和隔震支座的滤波作用，设备的动力响应受地震波时频特性影响显著，但不具有直接相关性；隔震结构可以使设备的频率远离主结构的频率，从而降低设备的放大系数；设备耦合之后主体结构加速度的变化趋势取决于不同时频特性的地震波能量分布。
- 振动台试验 /
- 耦合体系 /
- 动力响应 /
- 小波分析
Abstract: The dynamic response of the anti-seismic structure and the seismic isolation structure Coupled equipment under the action of seismic waves with different time-frequency characteristics is studied, and the wavelet analysis of the test data of the five-layer steel frame shaking table model is carried out. The results show that: the dynamic response of the main structure is directly related to the time-frequency characteristics of seismic waves; due to the filtering effect of the main structure and seismic isolation bearings, the dynamic response of the equipment is significantly affected by the time-frequency characteristics of seismic waves, but there is no direct correlation; isolation can reduce the amplification coefficient of the equipment by moving the frequency of the device away from the frequency of the main structure; the variation trend of the acceleration of the main structure after coupling the equipment depends on the seismic wave energy distribution with different time-frequency characteristics.
- shaking table test /
- coupled system /
- dynamic response /
- wavelet analysis

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图 1 试验模型

（a）立面尺寸；（b）平面尺寸；（c）抗震试验模型；（d）隔震试验模型

Figure 1. Test model

（a） Size of elevation ；（b） Size of plane；（c） Anti-seismic test model；（d） Seismic isolation test model

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图 2 设备试验模型

Figure 2. Equipment test model

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图 3 楼层加速度传感器位置

Figure 3. Location of acceleration sensors on the floor

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图 4 165号（a）、185号（b）和766号（c）地震波的时频图

Figure 4. Time-frequency diagrams of seismic waves No.165 （a），No.185 （b） and No.766 （c）

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图 5 不同地震波作用下的楼层加速度

（a） 165号地震波；（b） 185号地震波；（c） 766号地震波

Figure 5. Floor acceleration under the action of different seismic waves

（a） Seismic wave No.165；（b） Seismic wave No.185；（c） Seismic wave No.766

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图 6 不同地震波作用下第一频段（a）和全频段（b）的设备加速度放大系数

Figure 6. Amplification factor of equipment at main structure band （a） and full band （b） under the action of different seismic waves

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表 1 铅芯隔震橡胶支座参数

Table 1. Parameters of lead rubber bearing

有效直径 /mm	剪切模量 /MPa	高度 /mm	橡胶层厚度 /mm	中孔直径 /mm	刚度/（kN·mm⁻¹）			屈服力 /kN	等效阻尼比
有效直径 /mm	剪切模量 /MPa	高度 /mm	橡胶层厚度 /mm	中孔直径 /mm	竖向	水平等效	屈服后	屈服力 /kN	等效阻尼比
150	0.4	102.5	28.5	15	270	0.298	0.245	1.5	11%

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表 2 试验模型频率

Table 2. Frequency of test model

结构类型	模型	频率/Hz	频率变化率
抗震	主结构	2.84	−
	主结构耦合设备1	2.62	8.00%
	主结构偶合设备2	2.71	4.68%
隔震	主结构	1.41	−
	主结构耦合设备1	1.25	11.61%
	主结构耦合设备2	1.41	0

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表 3 本文选取的三条地震波基本信息

Table 3. Basic information of seismic waves selected in this study

PEER记录序号	年份	名称	台站	M_W	断层距/km
165	1979	Imperial Valley-06	Chihuahua	6.5	7.3
185	1979	Imperial Valley-06	Holtville Post Office	6.5	5.4
766	1989	Gilroy Array #2	Gilroy Array	6.9	10.4

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表 4 设备加速度峰值

Table 4. Peak acceleration of equipment

PEER 地震波编号	设备1加速度峰值/（m·s⁻²）	设备2加速度峰值/（m·s⁻²）
PEER 地震波编号	隔震结构	抗震结构	隔震结构
165	1.42	5.66	1.12
185	1.62	4.43	1.29
766	2.46	2.94	2.36

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表 5 重构信号频段

Table 5. Reconfiguring the signal frequency band

频段名称	第一频段/Hz	第二频段/Hz	第三频段/Hz
抗震结构	［ 2.0，3.0 ］	［ 3.6，4.6 ］	［ 5.5，6.5 ］
隔震结构	［ 1.0，2.0 ］	［ 3.5，4.5 ］	［ 5.5，6.5 ］

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表 6 抗震结构中设备特征频段的设备加速度峰值及放大系数

Table 6. Acceleration peaks and its amplification of the devices in seismic-resistant structures within several characteristic frequency bands equipment

PEER 地震波编号	设备2加速度峰值/（m·s⁻²）			设备2加速度放大系数
PEER 地震波编号	第一频段	第三频段	全频段	第一频段	第三频段	全频段
165	2.86	1.00	5.66	1.23	7.47	1.68
185	1.64	1.46	4.43	1.22	6.17	2.00
766	1.86	1.31	2.94	1.23	6.59	1.56

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表 7 隔震结构中设备特征频段的设备加速度峰值及放大系数

Table 7. Equipment acceleration in the characteristic frequency band of equipment in a seismically isolated structures

PEER地震波编号	设备1加速度峰值/（m·s⁻²）			设备1加速度放大系数			设备2加速度峰值/（m·s⁻²）			设备2加速度放大系数
PEER地震波编号	第一频段	第二频段	全频段	第一频段	第二频段	全频段	第一频段	第三频段	全频段	第一频段	第三频段	全频段
165	0.73	0.9	1.42	1.12	8.76	2.06	0.67	0.46	1.12	1.04	2.84	1.41
185	0.43	0.95	1.62	1.19	11.2	1.82	0.36	0.78	1.29	1.06	3.21	1.75
766	1.4	1.26	2.46	1.12	13.11	1.59	1.18	0.27	2.36	1.03	3.12	1.47

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