弱耦联体系地震响应的隔离分析求解

文嘉意，谢 强

(同济大学建筑工程系，上海 200092)

弱耦联体系多见于能源电力领域，通常由若干支柱式设备以及连接它们的柔性连接件构成，如图1 中实例所示。由于近年来地震灾害对电力系统造成了较严重的损失[1-3]以及我国特高压等重要电力设施在高地震烈度地区的广泛建设[4-5]，弱耦联设备体系的抗震研究日益受到关注[6-7]。

图 1 弱耦联体系实例Fig.1 Examples of weakly-coupled system

在建筑工程领域，目前有许多针对连体结构、相邻结构振动特性的研究[8-10]。弱耦联体系虽在直观上类似于连体结构，但其主要区别在于：1)研究表明，耦联作用对体系地震响应有明显影响，不可忽略[11-12]。但柔性连接件约束作用弱，体系的结构整体性差、整体振型不明显[13]。地震作用下各设备的响应仍由其自身动力特性主导[14]。建筑结构通常要求整体性良好，子结构间具有协同性，一般在概念设计阶段便回避了这一问题；2)体系中设备与连接件材料的阻尼特性差异大。例如，图1 中支柱设备通常为陶瓷或复合绝缘材料[15]，而连接件则为金属导电材料。这意味着目前抗震计算中常用的比例阻尼[16](即通过整体质量、刚度矩阵线性组合生成的阻尼矩阵)难以兼顾体系各部分的实际阻尼特性。

目前弱耦联设备体系抗震基本沿用了建筑抗震规范中的通用计算方法[17-18]，即基于整体振型与比例阻尼的叠加法和作为补充计算的时程法。在采用前者进行计算时，上述两个问题的存在有可能造成一定的系统误差；而时程法由于弱耦联体系体量较大且同一体系中设备、连接件的形式多样，无标准构型，建模与计算成本往往偏高。……