器物的反应作为评价地震烈度的主要指标,是一种非常普遍的地震现象。地震时建筑内高大器物,如家具、设备等刚体的晃动、倾倒亦会导致大量的人员伤亡和经济损失。此类刚体结构的地震反应分析问题,自Housner在20世纪60年代提出以来,一直被关注。特别是近几年,随着计算和试验技术的提高,刚体结构精细化动力分析方法和动力试验研究备受国内外学者的关注。其原因在于:刚体结构摇摆运动涉及几何非线性和碰撞等问题,以致其动力响应分析颇为复杂;动力试验结果对试件制作精度、弹性模量等尤为敏感,以致试验的可重复性差,试验结果与数值模拟结果吻合度不高。本文以刚体块结构的地震响应为研究对象,从地震输入、运动方程、碰撞分析、数值分析方法、动力试验、地震响应特征和规律等方面展开了系统研究。主要研究内容及结论如下:(1)介绍了基于小波分析和能量方法的两种脉冲型地震动量化识别方法,阐述了本文的脉冲型地震动选取原则,识别出10条脉冲型地震动,并用小波分析法剔除其脉冲成分,得到对应的10条非脉冲地震动。(2)基于拉格朗日方程,在一定的假设条件下,推导了对称、非对称和不规则刚体块结构的摇摆运动方程。分析了碰地与碰壁两种碰撞,根据角动量守恒,给出了碰地碰撞恢复系数的计算公式。(3)基于Matlab平台编写了刚体块结构摇摆响应的数值模拟计算程序。提出了“子步法”、“两步法”和“子步-两步”法的碰撞前后精细化数值模拟方法,并基于Rosenbrock方法建立了刚体块结构摇摆运动响应数值分析方法。(4)进行了刚体块结构的数值模拟和小型振动台试验,并通过试验结果和数值模拟结果的对比分析,验证了数值分析方法的合理性和Matlab模拟程序的正确性。(5)基于Matlab数值模拟计算程序,对实际刚体块结构进行了摇摆响应影响因素研究分析。研究表明在地震动加速度峰值一致的前提下,地震动速度脉冲增大了刚体块结构的摇摆响应,刚体块结构的摇摆角峰值与地震动速度峰值有较强的关系;在地震动作用下,刚体块结构的偏心会增大摇摆响应,偏心距越大刚体块结构越不稳定;碰壁会对刚体块结构的摇摆响应产生较大的影响,一定条件下会增大其倾倒风险。