基于粘性阻尼假定的反应谱CCQC法研究

采用虚拟激励法推导出基于粘性阻尼假定和任意平稳随机地震动的复振型完全平方组合(CCQC)法原始表达式(OCCQC)及其传统简化表达式TCCQC,并与基于复阻尼假定的平稳随机振动分析结果进行对比.结果表明:高厚比较大的结构TCCQC式计算结果偏小较多,而OCCQC式计算结果更加接近,比TCCQC式要更为合理;基于粘性阻尼假定时,阻尼矩阵与复模态分析结果之间相互影响,反应谱CCQC法计算结果不惟一,合理性不易被判定;若粘性阻尼矩阵构造得当,反应谱CCQC法计算结果与基于复阻尼假定的平稳随机振动分析结果接近,但要构造恰当的粘性阻尼矩阵费时费力;结构设置有粘性阻尼类型机械阻尼器时宜采用基于粘性阻尼假定的反应谱CCQC法,否则采用基于复阻尼假定的反应谱CCQC法更加便捷.     

基于复阻尼假定的不同材料阻尼特性混合结构抗震分析复模态叠加法

寻求合理高效的方法求得不同材料阻尼特性混合结构的地震作用及其效应是工程抗震界较为关注的问题之一。目前,用于计算不同材料阻尼特性混合结构地震作用效应的复模态叠加法和直接积分法都是基于黏性阻尼假定推导而来。黏性阻尼假定存在能量耗散与激振频率有关的缺陷,导致结构高频模态地震作用效应偏小,且阻尼矩阵与复模态分析结果相互影响,计算结果不唯一,合理性不易被判定。复阻尼假定避免了黏性阻尼假定的不足,但通常求得的地震作用效应为复数,不便于工程应用。为此提出一种基于复阻尼假定的复模态叠加法,直接在物理空间中求解,计算结果唯一,比基于黏性阻尼假定的复模态叠加法计算效率更高。与运用本文方法计算的地震作用效应结果相比,广为采用的折算阻尼比方法计算结果是不合理的。此外,给出了基于复阻尼假定的计算模态有效质量系数的方法,可用于确定合理的叠加模态个数。     

基于复阻尼假定的不同材料阻尼特性混合结构抗震分析反应谱CCQC法

寻求合理高效的方法求得构件材料阻尼特性不同结构的地震作用及其效应是工程抗震界最为关注的问题之一。近年来提出的反应谱CCQC法(Complex Complete Quadratic Combination)使问题得到了基本令人满意的解决,该法是基于黏性阻尼假定得到的,但黏性阻尼假定存在能量耗散与激振频率有关的缺陷,导致结构高频模态地震作用效应偏小。复阻尼假定避免了黏性阻尼假定的不足,但通常求得的地震作用效应为复数,不便于工程上应用。采用虚拟激励法推导出新的适合复阻尼假定和平稳随机地震动反应谱CCQC法原始表达式(Original Complex Complete Quadratic Combination,OCCQC)和传统简化表达式(Traditional Complex Complete Quadratic Combination,TCCQC),两个表达式计算结果均为实数,易于工程上应用。与平稳随机振动分析结果相比,OCCQC计算结果较接近,TCCQC计算结果偏小,说明OCCQC比TCCQC更为合理。此外,还借助模态有效质量系数提出模态截断控制方法。     

一种基于滞变阻尼假定的混合结构抗震计算模态叠加法

黏滞阻尼假定导致现行用于混合结构抗震计算的时程分析方法存在不足。滞变阻尼假定与试验结果相符，克服了黏滞阻尼假定的缺陷。该文提出一种基于滞变阻尼假定的模态叠加法，对单一材料结构和混合结构皆适用，其阻尼矩阵构造方法简单、构造工作量小、物理意义明确，回避了基于黏滞阻尼假定时计算阻尼矩阵需要事先确定若干响应较为显著频率问题和需要计算模态阻尼比问题，有效改进了经典模态叠加法用于混合结构抗震计算的不足，可以得到更加合理的计算结果，与模型振动台试验的破坏形态更加吻合。     

反应谱及其发展方向的探讨

反应谱理论明确而简单地反映地震动特性和结构反应特性双重含义,利用反应谱理论进行结构抗震设计,可以把动力问题简化为静力问题。但难以解决大跨度、现代大型复杂结构的抗震设计以及处理非比例阻尼等情况。应用基于虚拟激励法的功率谱,可以方便地解决上述问题。节省计算时间,同时也避免了求解过程中产生的计算精度误差。     

某细腰平面超高层住宅地震作用下受力分析

结合某细腰平面超高层住宅工程案例,对该类结构地震作用计算过程中楼盖假定的适用性、CQC反应谱法及弹性时程直接积分法计算结果的差异、结构阻尼比对细腰构件内力的影响以及细腰程度限值影响因素等进行了对比分析,探讨了常规分析方法对细腰部位构件受力分析的不足之处,得到了各因素对计算结果的误差范围。最后通过动力弹塑性非线性分析方法校核了工程案例细腰部位在大震作用下的表现。分析结果表明,非细腰部位可采用分块刚性楼盖假定的CQC反应谱法,细腰部位可采用弹性时程分析方法进行分析和设计;常阻尼模型能偏安全地考虑高阶不利振型对细腰的影响;大震下细腰损伤严重,增加连接板能适当改善细腰处的构件损伤。     

粘滞阻尼减震结构振型分解法的研究

减震结构的分析方法之一是振型分解反应谱法。结构附加阻尼器之后，附加阻尼一般为非比例阻尼，并使振型复杂采用振型分解法求解会带来较大误差。通过计算结构的复数特征值和特征向量可以改善振型分解法。     

结构-地基动力相互作用时域数值分析的显-隐式分区异步长递归算法

动力相互作用时域数值分析的精度与效率是面向大规模工程问题解决的重要问题。在阻尼溶剂抽取法模拟地基无限域动力性质的基础上,提出并发展了结构–地基动力相互作用时域数值分析的显–隐式分区异步长递归算法,分别在结构、地基分区计算中进行大步长隐式与小步长显式求解,而且采用预报–校正显式积分与Newmark隐式积分,具有相同的运动量数值积分假定,可自然满足分区交界面位移协调性条件。在满足工程精度要求的条件下,分区异步长显–隐式求解算法使动力相互作用时域数值计算效率较传统小步长显式积分算法得到大幅度提高,可明显促进阻尼溶剂抽取法在大规模工程问题分析中的应用。并就积分时间步长、结构–地基交界面异步长内插格式及位移协调性关系对结构动力响应的影响进行数值对比研究,可为具体计算中的参数选择提供依据。     

虚拟激励法在结构地震频域分析中的应用

应用虚拟激励法计算了结构在地震激励下的动反应谱密度,将复杂的随机振动频域分析简单化,推导了结构在非正交阻尼情况下的频响函数,指出该方法计算量小,能够准确、高效地算出结构的动响应的谱密度函数。     

结构–地基动力相互作用时域数值分析的显–隐式分区异步长递归算法

动力相互作用时域数值分析的精度与效率是面向大规模工程问题解决的重要问题。在阻尼溶剂抽取法模拟地基无限域动力性质的基础上，提出并发展了结构–地基动力相互作用时域数值分析的显–隐式分区异步长递归算法，分别在结构、地基分区计算中进行大步长隐式与小步长显式求解，而且采用预报–校正显式积分与Newmark隐式积分，具有相同的运动量数值积分假定，可自然满足分区交界面位移协调性条件。在满足工程精度要求的条件下，分区异步长显–隐式求解算法使动力相互作用时域数值计算效率较传统小步长显式积分算法得到大幅度提高，可明显促进阻尼溶剂抽取法在大规模工程问题分析中的应用。并就积分时间步长、结构–地基交界面异步长内插格式及位移协调性关系对结构动力响应的影响进行数值对比研究，可为具体计算中的参数选择提供依据。     

阻尼特性对组合结构地震反应的影响

首先根据组合结构的特点,通过输入简谐波分别计算了3种等效振型阻尼比模型时组合结构的地震反应,并与非比例阻尼模型时的真实地震反应相比较,讨论了不同等效振型阻尼比模型对组合结构地震反应的影响;然后根据共振条件下结构动力反应的相对误差,推导了组合结构等效振型阻尼比的估算公式;最后通过输入简谐波和实际El Centro地震波验算了这一等效振型比例阻尼比模型的计算精度。结果表明:任意假定组合结构的等效振型阻尼比是不合理的,有时会低估组合结构的地震反应;该估算方法具有很高的计算精度。     

钢板夹层阻尼高频TMD两阶段设计方法

随着工业化的发展,建筑结构逐渐轻量化,机械设备逐渐重型化、高效化,这使得机械设备高频扰力导致的结构振动问题越来越突出;为了减轻结构的高频受迫振动响应,可以在结构振动响应较大的位置安装高频高阻尼比的钢板夹层阻尼悬臂梁式调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD).由于TMD的弹性元件与阻尼元件相互耦合,因...     

动力参数对核筒悬挂隔震结构减震效果影响

基于理论分析和有限元数值计算,研究了不同的动力参数对核筒悬挂隔震结构减震效果的影响。建立了悬挂结构减震系数的计算方法,分别研究了地震作用下悬挂结构的位移减震系数、绝对加速度减震系数的变化规律,量化了质量比和频率比对悬挂结构减震效果的影响。研究表明:设置有隔震支座的悬挂隔震结构,地震作用下其相对位移和绝对加速度响应的减震耗能明显强于传统的悬挂结构;必须保证质量比和频率比在一定的取值范围内,才能避免悬挂结构产生共振效应,获得比较理想的减震效果。     

量纲分析法在结构动力试验中的应用

采用量纲分析法推导了结构动力试验的相似条件,基于该相似条件可以求出模型结构与原型之间的相似阻尼比,地面加速度的相似比和任何与结构动力相关的物理量的相似比。并将其应用到某新型专利承重砌块模型的地震模拟振动台试验的抗震性能的研究。     

配筋对钢筋混凝土阻尼性能的影响

采用混凝土的Kelvin阻尼模型和复阻尼模型,对钢筋混凝土阻尼参数进行了分析,推导得到了弹性阶段弯曲振动时钢筋混凝土阻尼性能的理论折减系数.研究了弯曲振动时钢筋混凝土损耗因子与配筋率、激励频率间的关系.结果表明:钢筋混凝土损耗因子随配筋率的增加和激励频率的提高而下降,且初始下降较快,而后渐趋平缓.将试验数据与理论折减系...     

大质量法在基于离散元法多点激励分析中的应用和误差修正

为解决离散元法的多点激励问题,在离散元法中引入大质量法。基于课题组提出的杆系离散元法,推导了大质量法应用于离散元法的理论公式,并编制了相应计算程序。理论分析发现,质量比例阻尼系数是导致大质量法产生误差的关键因素,误差随着其值增大而增大。因此,提出了地震波加速度时程修正公式,得到了改进后大质量法。以40m跨K8型单层球面网壳为计算模型开展分析,首先确定了阻尼和大质量的取值范围,而后分别采用相对运动法、大质量法和改进后大质量法进行动力时程分析,并予以比较。计算结果表明,改进后大质量法与相对运动法计算结果更为吻合,可大幅度减小误差,从而验证了改进后大质量法在杆系离散元法中的适用性和计算精度。     

一种计算地震作用下相邻结构相对位移的改进差异谱方法

作为当前铁路客站建设中经常采用的一种结构形式,"房桥分离"结构在地震激励下存在客站建筑与桥梁结构发生碰撞的隐患,而规范中缺少对于此类结构形式最小安全间距的相关规定。基于此,作者根据客站建筑与桥梁结构的结构形式,并考虑客站建筑的非比例阻尼特征,通过引入虚拟激励法,推导用于碰撞分析的随机表达式,该计算表达式可以实现准确高效的随机运算。在此基础之上,作者进一步提出一种改进差异谱方法,该反应谱组合公式可用于计算地震作用下相邻结构的相对位移,从而提供避免房桥结构震致碰撞的最小安全间距,相比传统方法其可以考虑建筑物非比例阻尼特征,具备坚实理论基础,形式简洁方便,适于工程应用。最后通过数值算例验证本文所提出改进差异谱方法的准确性和有效性。     

基于动刚度法的复杂索缆体系的动态分析方法

索缆结构是一种重要的结构承载系统。随着现代工程结构跨度和高度的增加，土木工程中使用的索缆长度也在增加，其结构形式也越来越复杂。在这种情况下，索缆结构的动态分析已成为结构设计、使用性能监测和维护以及振动控制的关键。现有的索缆动态分析理论只能考虑部分设计参数的影响，或仅适用于结构形式相对简单的索缆系统，而对于复杂索缆结构的精确动态分析，难以兼顾分析效率和精度，因而不太适用。本文在动态刚度法（DSM）的基础上，建立了一套复杂索缆系统的精确动态分析方法；以裸索系统、复合索缆系统和带侧向支撑的多段索缆系统为代表，说明了该方法的有效性和适用性。主要的贡献和成果如下： 提出了考虑弯曲刚度、内部阻尼和电缆附加力的小下垂索缆频率方程的精确解；给出了带双护套防腐系统的拉索的动态模型和解法，探讨了填充材料对系统阻尼和频率的影响；基于DSM建立了多段索缆系统的动态模型，并提出了相应的动态解法方案。据此，分析了某悬索桥主缆的动态特性。理论分析结果与实测值和有限元求解结果有很好的一致性，这表明所提出的方法的准确性。本文提出的索缆动态分析方法具有较高的计算精度，且易于实现，可为工程中索缆及索结构的初步设计和健康监测提供理论依据。     

乙烯生产钢塔架地震响应分析

采用有限元法和求解特征方程法分别对某乙烯生产钢塔架进行动力特性分析,得到结构的基本频率,通过比较发现两者的计算结果较接近,从而验证采用有限元软件建立的模型的正确性。进而,采用有限元软件对乙烯生产钢塔架进行两个方向的地震响应分析,同时研究有重力和阻尼对结构地震响应的影响。结果表明:①结构侧移刚度小的方向,结构的响应较大,但各层的层间弹性位移转角最大值都满足《建筑抗震设计规范》给定的限值;②重力会增大结构的位移响应,但是对结构的速度及加速度响应没有影响;③阻尼会大幅度降低结构的位移、速度、加速度响应,因此,增大结构的阻尼对结构抗震十分有利。     

长周期隔震结构基于反应谱理论的地震响应预测研究

在长周期基础隔震结构的地震响应计算或设计的某些阶段(如初步设计阶段或设计完成后的评估阶段),有必要建立一种地震响应实用计算方法,通过简单计算即能体现地震动长周期分量作用,提高隔震结构的地震安全性。通过选用合适的强震记录建立适合一定阻尼比和周期范围的、相应于规范设防烈度的相对位移、相对速度和绝对加速度反应谱,给出实用算式及地震动位移峰值和速度峰值;基于周期等效等准则,建立基础隔震结构的双质点系简化计算模型,推导简化计算模型参数、动力特性及地震响应的简化算式。建立基础隔震结构地震响应预测方法。利用建立的反应谱实用算式及两质点系计算模型的参数和动力特性的简化算式,可快速预测大阻尼比、长周期隔震结构地震响应。