大跨超长建筑结构多点激励地震响应频域分析――基于绝对位移直接求解的虚拟激励法

大跨度超长建筑结构是近几年出现的一种新型结构形式，且有些建筑设有高阻尼连接支座和整体地下室，目前对该类型结构多点激励地震响应分析主要集中在时域，且多数研究没有考虑整体地下室的影响。本项目拟从频域建立一套实用的绝对位移直接求解的随机振动虚拟激励法，该方法既保持了传统的虚拟激励法精确高效的特点，又很方便在通用有限元软件中实现。分析该算法与基于相对运动法的传统虚拟激励算法由于算法原理、求解方法、阻尼假定、荷载输入模式等不同可能引起的误差，并提出相应的误差消除或减小方法。针对大跨度超长建筑存在有、无整个地下室两种情况，以绝对位移直接求解的虚拟激励法为基础，发展相应的具体求解方法，采用上述算法从频域对二种典型类型的大跨超长建筑结构进行多点激励地震响应随机振动分析，分析结构平面的规则性、视波速、平扭周期比及连接支座刚度和阻尼大小对多点激励效应的影响。

绝对位移直接求解法和相对运动法分别假定阻尼与内部结点绝对速度、相对速度成比例，在瑞利阻尼模型下，采用随机振动方法对两种算法计算结果误差在频域内进行了理论分析，指出了瑞利阻尼模型下两种算法得出的动态内力功率谱误差仅由质量阻尼产生，主要受结构阻尼比大小、激励频率与结构基频率比值影响，但刚度阻尼不产生误差。. 为提高已有绝对位移直接求解虚拟激励法的求解效率及精度，对结构支座节点附加大质量块并释放支座约束，采用基于附加振型的振型分解法进行求解，附加振型来源于附加大质量块。对附加振型、常规振型的振型特性和振型贡献及计算效率进行了理论分析，分析表明：通过构建少量附加振型就可精确捕获结构拟静位移，且只需采用与相对运动法同等数量的常规振型就可精确捕获结构动态相对位移，与Wilson位移输入模式的绝对位移振型分解法相比，在保证计算精度的条件下可大大减少绝对位移求解所需的振型数。对附加振型绝对位移求解法阻尼误差进行了理论分析，指出了附加振型法不存在由于阻尼假定不同而引起的误差，计算精度及效率均优于基于完全法的绝对位移直接求解法。此外，单元阻尼模型下,由于单元阻尼力由单元两节点之间的速度差产生，无论采用绝对位移还是相对位移，单元两节点间的速度差是相等的，故单元阻尼模型不存在误差。.为了研究偶然偏心与行波效应引起的基础扭转振动激励分析方法之间的关系，以矩形、L形平面多层框架和矩形平面框架剪力墙结构为研究对象，分别进行考虑水平地震偶然偏心、考虑水平地震和行波效应引起的基础扭转振动共同激励下的结构地震响应分析，发现在1500m/s视波速情况下，考虑行波效应引起的基础扭转振动下的结构地震响应与偶然偏心作用下的结构地震响应基本相当。.对超长航站楼结构进行了考虑与不考虑地下室协调两种工况下的多点激励分析，考虑地下室协调作用时，多点地震激励的影响相当于对基础底板输入了一个地震动扭转分量，研究结果表明：考虑地下室协调影响时，钢网架支承柱、钢网架弦杆轴力变化率、轴力沿空间的变化梯度较不考虑地下室影响时要小，由于考虑与不考虑地下室协调作用下结构的内力会出现反向变化，故不考虑地下室的协调作用，有可能造成结构设计结果偏不安全。