基于均匀调制随机模型的土与结构相互作用体系地震反应分析

通过假定土与结构相互体系受到均匀调制随机激励,把地基土作用转化为凝聚在基础边界上弹簧阻尼器,对相互作用体系进行了地震反应分析,得到了其时变均方根响应和响应演变谱。这一方法基本上反映了地震动的实际过程和结构体系响应的特性,不失为一种计算结构体系随机反应的有效算法。     

地震作用下渡槽结构动力响应与抗震可靠度分析

基于谱表示-随机函数方法和概率密度演化理论,应用一类非平稳地震动加速度过程的演变功率谱模型,在ANSYS中实现了地震动过程的数值模拟,并对渡槽结构进行了地震动作用下结构动力响应和抗震可靠度的分析。结果表明,采用概率密度演化理论的方法能够较为准确的分析出渡槽结构在非平稳地震动作用下的动力响应特性,为渡槽结构抗震设计更加精细化奠定了基础。     

土-桩-结构相互作用体系非平稳随机地震反应分析

目前,有关土-结构动力相互作用问题的研究基本上多限于确定性的或平稳随机激励下的响应分析.文中基于某基岩加速度反应谱,利用文献[7]的方法求取基岩非平稳随机地震功率谱密度函数,采用有限元方法建立土-桩-结构相互作用体系的三维分析模型,对在非平稳随机地震激励下土-桩-结构相互作用体系进行了反应分析.首先对三种不同场地条件下的土-桩-结构相互作用体系进行了动力特性分析;然后,对在非平稳随机地震激励下桩基承台的反应和自由场反应进行了比较,给出了结构的位移功率谱响应结果.     

非平稳地震激励下结构随机响应及动力可靠性研究

基于美国西部121条基岩强震加速度记录,采用Hilbert-Huang变换(HHT)生成能真实反映地震记录频率和强度双非平稳特性的非均匀调制演变功率谱,并用经验统计方法建立了根据地震矩震级、震源距预测演变谱的统计模型。运用虚拟激励法得到具有特定震级、震源距的演变功率谱作用下结构的非平稳随机响应特性,同时结合首次超越理论,分析了结构的动力可靠度问题,并且与仅具有强度非平稳特性的均匀调制地震随机激励作用进行比较,结果表明,在总能量相同的情况下,双非平稳功率谱的激励会使结构的响应更大,结构更容易失效。     

非平稳地震激励下结构动力可靠性方法对比研究

针对结构在非平稳随机激励下的动力可靠性问题,基于首次超越理论,现有的动力可靠性计算方法分为两类:基于跨越率的方法与基于极值的方法。基于跨越率的方法将动力可靠性表示为跨越率的函数,并采用虚拟激励法对非平稳随机激励下结构随机响应进行计算;而基于极值的方法的通过对响应极值的不确定性进行量化,采用子集模拟获得响应极值的概率分布来估计动力可靠性。通过数值算例,对比研究了两种方法在非平稳随机过程频谱特征和响应阈值两种因素变化下的计算精度,结果表明,基于跨越率的方法受到显著影响,而基于极值的方法始终保持较高的计算精度。     

基于反应谱的土与结构相互作用体系演变随机激励响应

利用功率谱与反应谱的转换关系,建立了演变随机过程输入功率谱密度函数表达式,提出了分析土与结构相互作用体系演变随机过程的反应谱分析方法,该方法利用新规范中的加速度反应谱作为目标谱,计算与之相对的功率谱并按该功率谱作为地震输入谱进行土与结构相互作用体系随机地震反应分析.研究表明,该方法反映了地震动和相互作用体系的动力特性,是进行土与结构相互作用体系随机地震反应分析的一种有效方法.     

刚性连体位置对非对称双塔连体结构动力可靠度的影响

考虑地震动的非平稳性,变化连体位置,对非对称双塔连体结构运用虚拟激励法进行非平稳随机激励下的动力可靠度研究。采用刚度退化的 Bouc-Wen 模型模拟塔楼各楼层的滞变特性,建立非线性化动力方程。运用混合精细积分法对每一时刻的响应进行求解,得到连体位置变化时非对称连体结构在非平稳随机激励下的时变方差。基于首次超越破坏准则与 Markov 假定,研究非平稳随机地震激励下连体结构的动力可靠度。运用上述理论,在8度罕遇地震作用下对某非对称双塔连体结构进行随机地震响应与动力可靠度分析。研究结果表明,地震作用下结构的层间位移响应呈现强烈的非平稳性,变化连体位置对连体结构的随机地震响应与动力可靠度将产生显著影响。     

非平稳非高斯激励下线性结构响应统计量的高阶分析方法

传统随机振动中最为常用的以频域分析方法为基础的时-频域分析方法，对于非平稳非高斯激励下结构随机振动分析尚无行之有效的解决途径。为此，通过推导的非平稳随机激励的高阶矩谱表达式，提出非平稳非高斯激励下线性结构响应时变高阶矩谱的计算方法，并结合圆频率的离散值和时域显式法，给出结构响应高阶矩谱的高效计算方法，并通过4层平面框架结构和6层三维框架结构将建议方法与时域数值模拟结果进行对比。研究结果表明：建议的高阶分析方法能够准确地计算线性结构在非平稳非高斯激励下响应的高阶矩谱和时变高阶矩；相比于时域数值模拟法，该方法计算结果比较稳定且不受样本随机性的影响，同时，建议方法的计算耗时远小于时域数值模拟法；在非高斯激励下，6层三维框架结构相比于4层平面框架结构，其响应的非高斯特性更加明显；6层三维框架结构在非高斯激励作用下，其剪力的非高斯特性最明显，位移的非高斯特性次之，弯矩的非高斯特性最不明显。     

非平稳地震地面运动分析方法及模型综述

地震引起的地面运动是短暂的和非平稳的,地面运动的强度和频率都具有时变性,结构的分析和设计必须考虑地面运动的非平稳特性。文中回顾和总结了非平稳地震动分析方法,主要包括短时傅立叶变换、瞬时谱、双频谱法、演变谱法、小波变换、非平稳ARMA模型和HHT变换。同时介绍了常用的非平稳地震地面运动模型。在论述各种方法和非平稳地震动模型的同时,对国内外研究发展状况给出了简要的评述,并对非平稳地震动未来分析方法和模型发展趋势做出了预测和展望。     

基于KiK-net强震记录的三维地震动强度非平稳模型研究

地震动强度非平稳特性对结构非线性响应有显著影响,准确描述强度非平稳特性对生成人工地震波有重要意义。该文提出了一种描述三维地震动强度非平稳特性的模型,分别给出了其确定性参数取值和随机参数取值。首先以大量KiK-net强震记录为样本,提取其强度非平稳特性|然后选取地震动强度非平稳模型,并使用遗传算法识别出了模型的参数|最后通过统计回归分析给出了各震级、震中距不同场地类别的三维模型参数取值。结果表明,所得强度非平稳模型能够反映地震动强度非平稳特性的规律,可将其用于结构抗震分析和人工地震动模拟中。     

土与结构相互作用地震反应研究及实用计算

本文概述了土与结构相互作用地震反应研究的基本情况和地基阻抗的计算原则,给出了土与结构相互作用体系的运动方程。通过十三幢房屋分别座落在十一组地基上,八条地震波的计算分析,研究了不同地基对不同类型高层钢筋混凝土结构地震反应的影响,给出了考虑相互作用后结构周期、结构位移、地震荷载的变化规律及变化范围。这些结论对于处理实际工程中的相互作用问题和在抗震设计规范中增加土与结构相互作用方面的内容,均有参考价值。     

三维结构-地基动力系统高效算法精度问题研究

通过引入等效粘弹性边界将三维结构—地基开放系统转化为一个近似的封闭系统,结合振型叠加方法、波动输入方法,提出了结构—地基动力相互作用问题的高效算法。采用Lamb问题研究了高效算法的精度问题,并使用高效算法分析了地震作用下三维结构—地基系统动力反应。在地震作用下,高效算法可以在满足工程精度的前提下大大提高计算效率。     

地基阻抗力时域递归参数的计算方法及程序实现

基于笔者提出的考虑基础动力阻抗函数频率相关特性的地基阻抗力时域计算方法,对时域递归参数的拟合方法和所选系统稳定条件进行了研究,编制了阻抗力时域递归参数的计算程序。基于通用有限元软件和地基阻抗力时域差分形式,完成了考虑土–结构动力相互作用影响的结构时程分析程序二次开发。最后,通过数值算例验证了该方法的有效性,并初步讨论了土–结构相互作用系统动力响应分析中基础动力阻抗函数频率相关性的影响。     

土–上部结构相互作用的实用分析模型研究

 讨论现有土–上部结构相互作用分析模型的优缺点,从工程应用的实际需要出发,建立土–上部结构相互作用的实用分析模型及分析方法：采用三维弹塑性杆系模型模拟上部结构,在基础底面放置水平、竖向及转动的弹簧和阻尼单元来模拟土与基础的接触作用,通过弹簧和阻尼参数的改变来模拟不同的场地等状况。用该种方法计算分析一个10层的独立基础钢筋混凝土框架结构,研究场地土剪切波速、上部结构刚度和地震动强度等因素对相互作用体系地震反应的影响,同时探讨各种情况下的结构地震能量反应规律。研究结果表明,对于独立基础钢筋混凝土框架结构来说,考虑相互作用后场地变软和上部结构刚度增大不一定使楼层顶层位移增大,但是软弱场地对结构起到一定的减震作用,并且增大上部结构刚度会使楼层剪力和弯矩有所增加;地震动作用下,上部结构刚度改变对能量的变化趋势影响很小,但是在不同影响因素下的结构阻尼耗能和结构变形能在体系能量的平衡中的作用都是主要的;改变地震强度时,不同的地震波对相互作用体系的能量的影响是不同的,阻尼耗能和结构变形耗能的作用会有所不同。     

考虑土-结构相互作用高层框架结构静力弹塑性分析方法的研究

本文应用子结构方法对天然地基上带刚性整体基础 (箱型基础或筏板基础 )的高层框架结构进行了平面静力弹塑性 (Pushover)分析 ,地基阻抗采用拟合数值结果得到的近似公式 ,上部框架结构采用杆系模型。并就其水平荷载模式、目标位移等几个关键问题进行了研究。文末对一栋 12层的钢筋混凝土框架结构进行了静力弹塑性 (Pushover)分析 ,说明了本文建立的考虑土 -结构相互作用高层框架结构静力弹塑性 (Pushover)分析方法的可行性     

地下结构横断面地震反应分析的反应位移法研究

 为研究地下结构横断面地震反应分析中常用的反应位移法的实用性,结合子结构法和土–结构动力相互作用法等理论对反应位移法的基本原理进行验证。介绍目前工程应用及规范规程中反应位移法的具体应用形式,对不同计算模型、地基弹簧系数计算方法进行分析。为比较不同形式反应位移法的有效性,以大开地铁车站地震反应为例,将不同形式反应位移法和土–结构动力相互作用法进行对比分析。结果表明,经典反应位移法更接近土–结构动力相互作用法的计算结果,是一个实用性较高的拟静力计算方法。     

超大跨网壳结构在强震作用下的复杂效应影响研究

为准确分析超大跨网壳结构的地震响应，评估结构的抗震性能，采用时程分析法，分析了地震动空间相干性和行波效应、土-结构相互作用以及材料损伤累积效应等多因素对跨度800 m超大跨网壳结构的影响。结果表明：各因素对超大跨网壳结构的抗震性能均有影响；通过对比多点输入和一致输入下结构的地震响应，发现多点输入增大了结构周边杆件的内力，结构中心位置的杆件内力有减小的趋势，这也使结构的失效从其周边位置提前开展，改变了结构的破坏模式，严重削弱了结构的抗震能力；土-结构相互作用和材料损伤累积均会不同程度地增大结构的地震响应，其中土-结构相互作用放大了结构的地震动响应，而材料损伤累积效应在地震动强度较高时结构的地震动响应显著增大。     

Dynamic soil-structure interaction by numerical Laplace transform

The dynamic response of general discrete and certain continuous linear systems to earthquake excitation including the effect of soil-structure interaction is obtained with the aid of the Laplace transform with respect to time. Application of the Laplace transform on the finite element equations of motion for a discrete system, directly or in conjunction with modal analysis, reduces them to a system of algebraic equations which are solved numerically in the transform domain. The Laplace transformed equations of motion for beam structures with a continuous distribution of mass are constructed in a finite element fashion with the aid of transformed dynamic stiffness coefficients and are solved numerically to yield the transformed solution. The system response in both cases is obtained by a numerical inversion of the transformed solution. Illustrative numerical examples are presented and the advantage-disadvantages of the Laplace transform technique are discussed.