基于随机函数-谱表示的高阶矩结构动力可靠度分析方法

基于随机函数-谱表示模型,提出了结构响应极值前四阶矩的计算方法 ,发展了非高斯随机激励下的结构动力可靠度分析的高阶矩方法:(1)修正了随机函数单个基本随机变量的离散点集表达式;(2)根据修正的离散点集生成少量的非高斯加速度时程样本并进行结构时程分析,从而估计得到结构响应极值的前四阶矩(均值、标准差、偏度、峰度);(3)提出了四阶矩可靠指标的完整表达,并应用于计算在非高斯随机激励下的结构动力可靠度。最后,以双自由度系统及八层框架结构的动力可靠度分析为算例,验证了本文方法的精确性与高效性:在样本数量明显减少的情形下,本文方法计算的前四阶矩与Monte Carlo模拟结果相比最大相对误差为5.54%,且动力可靠度分析结果几乎一致。     

抗震结构变形能力可靠度的时程分析方法

采用可靠指标β来度量抗震结构可靠度．取结构失效准则为：地震作用下结构层间位移响应超越结构层间位移能力限值．将时程分析方法与ＪＣ方法结合，建立了计算抗震结构变形能力可靠指标β的时程分析方法．     

抗振结构变形能力可靠度的时程分析方法

采用可靠指标β来度量抗振结构可靠度，取结构失效准则为：地震作用下结构层间位移响应超越结构层间位移能力限值，将时程分析方法与ＪＣ方法结合，建立了计算抗震结构变形能力可靠指标β的时程分析方法。     

非平稳地震作用下强非线性结构动力可靠度分析

针对结构-地震动双重不确定影响下强非线性结构地震可靠度难以精确求解的问题,基于极值分布理论,提出了一种非平稳地震作用下非线性结构地震可靠度分析的高效数值方法。首先采用随机函数的降维思想对非平稳地震动进行降维模拟,将谱表达方法模拟非平稳地震动时需要的上千个高维随机变量减少到2个基本随机变量,大大减少了概率空间的维数;然后提出了一种改进的伪相关性折减拉丁超立方抽样方法确定积分点,从而对结构非线性地震响应极值分布分数矩进行有效估计,最后采用分数阶矩最大熵原理获得结构非线性地震响应极值分布,实现了小失效概率水平下非线性结构地震可靠度的精确估计。数值算例表明,该方法通过300次的动力分析就能够对结构-地震动双重不确定影响下强非线性结构地震响应的极值分布进行估计,其能够在兼顾效率和计算精度时对小失效概率水平下结构的动力可靠度进行精确计算,与既有方法相比,其计算量仅为现在方法的1/5,该方法能够为结构的地震风险评估提供一种有效途径。     

空间相关多点地震位移输入峰值控制对结构非线性响应的影响

在空间相关多点地震动人工拟合中,一般控制大跨结构不同支撑点处的地震加速度反应谱及加速度峰值相同,而相应于不同支撑点处位移时程的峰值则是不同的。为了研究地震动特性及不同的位移控制条件对结构响应的影响,引入两种不同的包线函数分别模拟地震动强度或频率非平稳特性,并且按照控制不同支撑点处时程的加速度峰值或位移峰值相同,拟合了6 组空间相关多点地震动;采用多点地震动加速度/位移输入模式,对三跨连续梁桥进行了非线性响应分析。结果表明：控制地震位移时程的峰值对结构的内力和位移响应有较大的影响,位移峰值越大,结构进入的非线性程度越深,得到的结构响应越大,且与位移时程的形状无明显相关性;以加速度反应谱和加速度峰值为目标的地震动拟合中,各支撑点处位移时程的峰值离散性比较大,为了保证结构的安全,空间相关多点地震动拟合中应控制位移峰值的最小取值;地震加速度时程的频率非平稳特性对桥梁位移和桥墩扭矩影响较大,如果仅考虑地震动强度非平稳特性,则存在低估结构响应的风险。因此,大跨结构抗震分析中应合理刻画地震动时间-空间耦合特性、非平稳特性及位移输入的最小峰值,充分估计结构的非线性响应,以保证结构抗震设计的安全性。     

基于部分分层抽样的高墩桥梁随机地震响应分析EI北大核心CSCD

为了表征桥梁结构不确定性和随机参数相关性对桥梁结构抗震性能的影响,从概率角度对桥梁进行抗震性能分析,基于部分分层抽样原理建立了时-频非平稳地震作用下桥梁非线性随机地震响应分析方法。基于地震动演化功率谱,采用谱表示方法生成非平稳地震动样本,并采用基于正交函数的思想对谱表示方法中的随机变量进行模拟,通过两个基本随机变量表征地震动的不确定性;采用基于数论的部分分层抽样方法对地震动-结构随机变量抽样,从而对桥梁非线性随机地震响应进行模拟,减小桥梁随机地震响应分析中的抽样方差;以一座实际高墩连续刚构桥为数值算例,对其进行了非线性随机地震响应分析,详细研究了桥梁结构不确定性和随机参数相关性对其地震可靠度的影响。研究结果表明:随机地震作用下,桥梁随机地震响应是典型的零均值非平稳随机过程,从地震动开始到结束,桥梁结构地震响应概率密度曲线存在由窄边宽,再由宽变窄的演化过程;随机地震作用下,桥梁结构关键响应的平均峰值因子存在一定差异,其通常在1.8~2.2变化;桥梁结构不确定性和随机参数相关性对高墩桥梁地震响应极值分布和地震可靠度的影响较为显著,忽略桥梁结构的不确定性和随机参数相关性将高估桥梁结构的地震可靠度。     

桥墩抗震性能评估的适用近场地震动强度参数研究

为研究适用于桥墩结构抗震性能评估的近场地震动强度参数,建立了具有不同周期的3个钢筋混凝土墩柱模型,选取大量实际地震记录组成地震记录库,利用增量动力分析和统计推论的方法研究了非弹性位移响应谱值作为近场地震动强度参数在评估桥墩抗震性能时的适用性,研究结果表明,相比弹性位移响应谱值,非弹性位移响应谱值是更适用的近场地震动强度参数,可以用来进行基于概率的桥墩结构抗震需求分析。研究结果具有一定的学术和工程应用价值。     

跨断层桥梁地震响应分析及合理跨越角度研究

为研究跨断层桥梁地震响应规律及合理跨越断层角度,以一座跨走滑断层的连续梁桥为研究对象,采用混合模拟法合成了该桥的地面运动时程曲线,基于多点激励位移输入模型,采用非线性时程法对其地震响应规律进行了分析,并以桥梁轴向与断层交角θ为研究参数分析了其对结构地震响应的影响,得到了θ对结构地震响应的影响规律和变化曲线。计算结果表明:跨断层桥梁桥墩扭矩设计值较大,桥墩横向弯矩随断层距的减小而增加;其位移响应以主梁纵横向大位移、面内扭转变形、支座和桥墩残余位移为主要特征,具有较大的落梁破坏风险;当桥梁垂直跨越断层时(θ=90°),桥墩受力合理性和经济性最优,断层错动产生的顺桥向位移分量最小,落梁风险相对较低。研究成果可为该类桥梁的抗震设计与桥位布置提供参考和依据。     

多模态静力推覆分析及其在高层混合结构体系抗震评估中的应用

在已有的研究基础上通过考虑多阶振型质量积的水平力分布形式下的推覆分析,将结构推至每阶振型下的目标位移,采用SRSS组合的方式得到结构的响应。对应每阶振型下推覆分析的目标位移采用弹塑性反应谱来计算。对一高层钢框架-混凝土核心筒混合结构在7度罕遇地震下抗震性能进行了评估,结果显示,多模态静力推覆分析所得的结构响应同非线性动力时程分析所得结果很接近,尤其是在层间位移角及层间剪力这两个重要抗震指标上更为接近。     

单自由度非线性随机参数系统的可靠性分析

阐述了具有随机参数的单自由度非线性振动系统的可靠性方法，使用四阶矩技术确定了系统响应和状态函数的前四阶矩，应用Ｅｄｇｗｏｒｔｈ级数把未知响应和状态函数的概率分布展开成标准正态分布的表达式，从而获得了系统的可靠度。     

梁桥结构地震反应分析中输入地震动选取及调整方法研究

针对桥梁结构地震动分析时所输入地震动选择会影响时程分析结果的可靠性,结合结构动力放大系数基本原理及地震波能量原理,通过分析反应谱型特点,将其拟合归纳为以结构自振周期 范围及规范规定的0.1s-Tg范围分别定义为低频、高频对比区间,以两个区间反应谱曲线包围面积作为对比参数进行自然地震波选择依据。并据所选地震波提出基于两区间的5种天然地震波调整方法。以典型多跨梁桥为例进行数值分析,以桥墩墩底弯矩、剪力和及墩顶位移作为桥梁地震反应统计量。利用统计分析结果验证双参数地震波选择方法及地震波调整方法的合理性及有效性。     

钢管混凝土组合桁梁-格构墩轻型桥梁非线性地震响应分析

以干海子大桥第二联为原型,建立基于纤维单元的三维有限元简化模型,分析该钢管混凝土组合桁 梁-格构墩轻型桥梁在地震作用下的响应特性,讨论进入非线性后桥墩屈服顺序和内力重分布效应。通过与精细有限元模型、实桥测试、振动台试验比较验证了该文建立的简化单梁计算模型的正确性。以桥墩柱肢钢管边缘应变为判断标准,确定了水平最不利地震动输入方向为两端支座连线的法线方向,同时需要考虑竖向地震动的影响。通过地震响应分析表明,在设计地震动下桥梁处于弹性状态;进入塑性后,格构墩和复合墩以面内受力为主,轴力增幅小于地震动增幅,墩顶位移增幅大于地震动增幅;复合高墩面内弯矩增幅大于矮墩,有利于全桥的抗震。     

考虑支座摩擦滑移的中小跨径桥梁抗震设计方法

通过对比中国、美国、日本中小跨径桥梁结构体系, 分析中国汶川地震和美国北岭地震、日本阪神地震中桥梁震害的差异以及中国汶川地震中桥墩破坏率较低的原因, 发现美国加州桥梁结构形式主要是框架式桥墩, 日本桥梁采用钢支座为主的支承体系, 而中国中小跨径桥梁主要采用板式橡胶支座, 中国公路桥梁抗震设计中直接引用国外抗震规范存在问题;结合板式橡胶支座与铅芯橡胶支座、高阻尼橡胶支座和摩擦摆支座地震作用下耗能特点的不同, 提出中国广泛采用板式橡胶支座的中小跨径桥梁, 在抗震设计时支座可作为保险丝式单元优先损坏;参考美日两国的桥梁抗震设计方法, 给出了中国中小跨径桥梁考虑支座摩擦滑移的抗震设计方法, 建议中国中小跨径桥梁地震作用下利用板式橡胶支座摩擦耗能的特点, 通过支座摩擦滑移、最小支承长度和防落梁装置, 实现桥梁多道设防、分级耗能的抗震性能设计方法;最后给出了地震作用下桥梁纵桥向和横桥向相应的性能破坏模式, 并探讨了需要进一步研究的问题.     

预制桥墩体系抗震性能研究进展:新材料、新理念、新应用

预制桥墩体系具有快速施工优势,在非震区、低烈度区中已得到较广泛应用,但因对其抗震性能缺乏充分认识,导致预制桥墩体系在中高烈度区的应用受到限制。该文根据抗震性能的不同,将预制桥墩体系分为“等同现浇”和“非等同现浇”两类,其中“等同现浇”预制桥墩又按照连接形式的不同分为套筒灌浆连接、波纹管灌浆连接、预留槽孔的灌浆连接、承插式连接、现浇湿接缝连接;“非等同现浇”预制桥墩按照有无专门耗能装置可分为两类;系统梳理了每种类型预制桥墩抗震性能的研究现状及典型工程应用。该文重点报道了超高性能混凝土、纤维增强复合材料和形状记忆合金3种高性能材料用于提高预制桥墩抗震性能的研究现状,指出了3种高性能材料用于预制桥墩体系中的合理方式。该文总结出将韧性抗震理念融入预制桥墩体系的两种方法:外置可更换耗能装置和内置机械连接的耗能钢筋,并对采用这两种方法的预制桥墩抗震性能研究现状进行了介绍。基于对预制桥墩体系抗震性能研究成果的整理,作者介绍了预制桥墩体系在更高抗震需求、更高刚度需求、更高使用寿命需求、更高环境保护需求4类桥梁中的应用前景,并指出了这些新应用可能带来的新课题。     

考虑行波效应的无砟轨道铁路桥梁纵桥向地震响应

为研究考虑行波效应的无砟轨道铁路桥梁纵桥向地震响应,选用某高速铁路连续梁及32 m简支梁桥作为研究对象,分别建立考虑轨道约束模型和传统全桥模型,基于绝对位移输入法(ADM),开展行波效应对两种不同抗震体系(延性及减隔震)铁路桥梁地震响应的影响分析。研究结果表明:对于延性抗震体系,行波对墩底曲率的影响表现为行波对结构反应更有利;对减隔震体系,行波对墩底内力的影响不及延性抗震体系明显。两种抗震体系中,墩梁相对位移的变化应予以考虑,防止邻梁碰撞现象。行波效应对轨道系统的影响应重点关注,避免其轴力过大发生扭曲。不同视波速下,简支与连续梁上的剪力齿槽水平剪力分配呈现此消彼长的现象,简支梁上剪力齿槽抗力应加强设计。行波中的拟静力成分对轨道系统地震响应的贡献显著,动力成分主导桥墩地震响应,两者共同决定总地震响应。     

多维地震激励下人字形桥梁地震模拟振动台试验研究

为研究人字形桥梁在地震作用下的动力响应,以某人字形桥梁为原型,制作了一座相似比为1/20的模型桥梁,采用El-centro波对其进行了不同地震烈度的多维激励地震模拟振动台试验和有限元分析。研究结果表明：随着地震烈度的增加,模型结构自振频率降低阻尼比增大;桥墩墩顶顺桥向加速度响应基本不受竖向地震分量影响;计算桥墩墩底应变响应时进行水平双向地震激励即可满足要求;梁体跨中竖向加速度响应,主梁和分支梁间的伸缩缝宽度取值,伸缩缝处的碰撞响应等均与地震波输入维度有关。因此,对于人字形桥梁在进行抗震设计时应针对不同的设计目的对其进行选择性的多维地震激励。     

动水压下减震连续梁桥随机优化及减震性能研究

地震作用下,跨海桥梁桥墩和周围水体的动力相互作用将对桥梁结构的动力响应产生较大影响。建立了考虑动水压力的2自由度连续梁桥简化分析模型,推导了其组合刚度和附加质量;提出了以墩顶位移方差最小为目标的黏滞阻尼器参数随机优化的Lyapunov方法。在此基础上,通过对设置黏滞阻尼器的某跨海连续梁桥简化模型进行了阻尼器参数优化,研究了动水压力和地震耦合作用下连续梁桥的减震性能。研究结果表明:动水压力增大了桥梁的地震反应,对桥梁的动力响应特性有较大影响。采用黏滞阻尼器可有效减小跨海连续梁桥的地震反应,改善桥梁结构抗震安全性能。     

曲线桥梁漂浮抗震体系地震模拟振动台试验及有限元分析

针对曲线桥梁地震中损毁严重、修复困难等问题,提出曲线桥梁漂浮抗震体系基本概念、结构组成及设计方法,并探讨其工作原理。将漂浮抗震体系概念、方法用于制作的1/20曲线桥梁模型进行地震模拟振动台试验及有限元分析。结果表明,该模型桥梁在地震发生后桥墩顶加速度峰值较墩底降低率最大为24.6%,梁体在桥墩上部成漂浮状态能减小桥墩受力;试验过程中模型未倒塌,表明该体系抗震性能良好,可用于高烈度抗震地区的曲线桥梁设计。     

非规则高墩曲线桥梁振动台试验研究

据模型相似原理及多点激励理论,对缩尺比1:20的钢筋混凝土高墩曲线桥梁进行地震模拟振动台试验。研究高墩曲线桥梁结构在不同频谱地震波、不同峰值加速度及局部场地效应作用下高柔桥墩损伤模式及结构动力响应规律。结果表明,高柔桥墩损伤有明显的分布柔性特点,墩高差对桥墩裂缝开展及桥梁动力响应影响显著;不同频谱地震波作用下曲线桥梁结构动力响应规律各异;曲线桥梁结构动力响应峰值与地震波加速度峰值基本呈线性增长;局部地形效应使结构动力响应增大,导致曲线桥梁结构动力响应呈非线性增长;高墩曲线桥梁地震响应有明显空间性,首尾桥墩顶径向动力响应较大,易发生横桥向落梁破坏。     

分段SFC预制壳壁抗震加固RC墩柱的效能研究

针对国内外强震作用下钢筋混凝土桥梁RC桥墩震损普遍存在的问题,在消化和吸收国内外已有RC墩柱抗震加固成果的基础上,研制开发一种了新型RC墩柱抗震加固措施-RC墩柱塑性铰区域外包分段钢纤维混凝土(Steel Fiber Concrete,SFC)预制壳壁,选取实际桥梁中的RC桥墩为原型,通过加固前后模型RC桥墩伪静力对比试验研究,校验这种新型RC墩柱抗震加固措施的有效性,试验结果表明新型RC墩柱抗震加固措施能在不改变RC桥墩塑性铰位置的前提下实现承载力和耗能能力的提高。此外,选取不同场地条件下的典型地震动,进行实验RC墩柱加固前后的非线性地震时程反应对比分析,进一步验证新型抗震加固措施的加固效能。