桁架桥梁抗震作动器的优化布置及二次型最优控制

研究桁架桥梁结构在地震作用下以较少的作动器达到最优控震效果,提出了采用遗传算法对桁架桥梁结构抗震作动器进行优化布置的最优控震策略.通过建立桁架桥梁结构有限元模型,利用遗传算法对结构进行了优化,得到了相对最优的作动器数量和相应位置.利用传统二次型最优控制算法计算出抗震作动器的最优控制力.通过实例模拟了多种地震输入情况下桁架桥梁的动态响应.仿真结果表明:应用遗传算法对钢桁架桥梁结构中作动器进行优化配置后,结构的控震效果优于作动器随机布置方式.钢桁架桥梁结构控震效果随遗传代数增加而显著增强.     

交错桁架结构的地震响应分析

结合交错桁架结构的特点,分别建立了混合式交错桁架、加十字支撑混合式交错桁架以及空腹式交错桁架有限元模型,并对其在多遇地震下进行时程分析,得到结构在地震时的动力响应,通过结果比较得出交错桁架的优点,并在一定程度上探讨了交错桁架结构的抗震性能。     

人行钢桁架桥动力特性及反应谱分析

为研究人行钢桁架桥动力特性及在地震作用下的动力响应,运用ANSYS对某人行钢桁架桥进行模态分析,用反应谱分析法对其进行三向激励地震响应分析,得到关键截面及桁架杆件的动力响应。分析结果表明:人行钢桁架桥较铁路钢桁架桥更易发生振动,且扭转变形出现较早;在地震反应谱作用下,人行钢桁架桥较易出现横向及竖向位移,且跨中位移响应较大,上弦杆位移响应较下弦杆大。     

随机参数桁架结构的有限元与可靠性分析

对随机参数桁架结构在随机荷载作用下的有限元分析方法进行了研究.分别或同时考虑了结构的物理参数、构件的几何尺寸和作用荷载幅值等的随机性;应用代数综合法,对结构位移和应力响应随机变量的数字特征计算表达式进行了推导,进而得到结构各响应量的可靠度指标.通过算例表明文中提出的基于概率的随机桁架结构分析与可靠性分析方法的合理性与可行性.     

基于随机因子法的桁架结构有限元热分析

对随机参数桁架结构在随机外界温度场作用下的分析方法进行了研究.基于有限元方法,利用随机因子法建立了桁架结构的物理参数、几何参数和外界温度场分别或同时具有随机性时的结构有限元方程,应用求解随机变量函数统计矩的代数综合法对结构响应(位移和热应力)的数字特征计算表达式进行了推导.通过数值算例,分析了各种随机参数的随机性对结构位移和热应力响应的影响,并验证了文中模型和方法的合理性与可行性.     

大跨度高位连体桁架竖向地震响应随机振动分析

采用绝对位移直接求解的虚拟激励法,利用ANSYS有限元分析软件的谐响应分析模块,对某大跨度高位连体结构进行竖向一致、行波激励下的地震响应随机振动分析。结果表明:大跨度高位连体桁架竖向地震作用系数明显比《建筑抗震设计规范》给出的屋架竖向地震作用系数大,平均增幅达50%左右;竖向行波激励能减小连体桁架的动力响应,设计时不需考虑竖向地震行波效应。     

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。     

基于梯度和海森矩阵计算在地震作用下桁架的形状优化

大型复杂桁架地震响应的形状优化需要大量的计算量,非梯度类算法由于效率低下通常很难成功解决该类问题.本文提出一种在地震作用下以获取质量最小化的二阶优化设计同时满足应力和位移约束的桁架形状优化设计方法.1)在Newmark-β法的基础上导出动力响应及其对设计变量一阶和二阶导数的计算方法;2)通过积分型罚函数将含时间参数的不等式约束问题转变为一系列不含时间参数的无约束问题,并利用动力响应的一阶和二阶导数计算罚函数的梯度和海森矩阵;3)充分利用梯度和海森矩阵的Marquardt方法求解无约束优化问题;演示了一个45杆桁架的形状优化设计.结果表明本文方法是一种桁架在地震作用下有效和高效的形状优化设计方法.     

随机桥梁地震可靠度分析的改进最大熵方法

为了对复杂非线性桥梁结构进行随机地震作用下的动力可靠度分析,基于最大熵原理,构建了一种高效的桥梁非线性地震可靠度分析方法。首先阐述了桥梁结构地震可靠度分析与极值分布估计的关系,将桥梁结构的地震可靠度分析转化为对应的极值分布估计;然后建立了复杂桥梁结构非线性地震响应极值分布估计的最大熵方法,针对现有的最大熵分布求解过程受初值影响较大、不容易收敛等问题,提出一种基于似然函数的最大熵分布求解方法,从而实现了桥梁结构地震响应极值分布和地震可靠度的高效求解;最后以一座典型的高墩大跨连续刚构桥为例,通过蒙特卡洛模拟验证所提方法的精度和效率,并将结果与核密度估计和对数正态分布拟合的计算结果进行对比分析。结果表明:基于似然函数的最大熵分布求解方法不仅能够获得全局最优解,而且求解过程不受初值的影响、具有较好的数值稳定性,所提方法能够对随机地震作用下桥梁结构地震响应的极值分布和动力可靠度进行精确估计;核密度估计和对数正态分布无法对小失效概率水平下结构地震响应的极值分布进行估计,建议采用最大熵方法对桥梁结构进行地震可靠度分析。     

预制板上粘贴钢板条桁架对砌体教学楼抗震性能的影响

采用通用有限元分析软件ANSYS建立了典型砌体结构教学楼（预制多孔板装配式楼盖）的数值模型。利用有限元时程分析方法,分析房屋在汶川地震波作用下的地震响应,验证了预制多孔板楼盖水平刚度不足是砌体结构教学楼倒塌的主要原因。在此基础上,提出了一种新式加固方法——板底粘贴桁架型钢板条来增强楼盖的水平刚度。采用时程分析方法,对未加固模型与加固后模型的地震响应进行了对比。结果表明：板底粘贴桁架型钢板条法对提高房屋结构抗震防倒塌能力是行之有效的。     

巨-子型有控结构体系在地震激励下的响应控制特性

为研究巨子型有控结构体系MSCSS(Mega-Sub Controlled Structural System)在地震作用下的响应特性,建立了MSCSS在随机地震激励下的动力方程,推导了结构响应计算表达式,对MSCSS在随机平稳及非平稳地震激励下的响应控制特性分别进行了对比计算研究,讨论了相对结构参数,如主子结构质量比、相对刚度比对MSCSS位移及加速度响应控制效果的影响.研究结果表明,与传统普通巨型框架结构体系相比,MSCSS在控制位移、加速度响应方面具有显著效果.     

列车-地震作用下桥梁结构的动力分析

当列车行驶在桥梁上,同时又遭遇地震作用时,二者的振动叠加或在某个时刻产生共振,会对桥梁结构产生很大破坏。针对这一问题,本文以新建铁路德龙烟线德州至大家洼段64m钢桁架桥梁为例,通过特征值分析,得到了所建模型各阶振动模态及其频率,并分别在地震和列车荷载单独作用时进行时程分析,同时分析了二者共同作用下的动力响应。分析结果表明,结构的第一阶振型为横向一阶,所以结构对于横向地震作用及列车荷载横向动力作用响应显著;地震作用与列车荷载作用相比,其在不同于加载方向产生的响应较小,两者共同作用时,响应明显变大。该研究为桥梁动力设计提供了理论依据。     

带钢桁架转换层框架-剪力墙结构抗震性能研究

通过对一栋1:25带钢桁架转换层框架-剪力墙结构模型振动台试验和有限元理论计算分析,研究了模型结构的动力特性、弹性和弹塑性地震反应及其破坏形式.结果表明,随输入地震波加速度峰值的提高,模型裂缝逐渐发展,但在试验过程中未出现破坏性裂缝;本工程人工波引起结构地震响应最强烈,其次是El Centro波和场地波;钢桁架转换层及其上部结构层层间位移角有突变,为结构的薄弱层.钢桁架转换结构形式可以满足结构抗震要求,结构整体抗震性能良好,能够满足6度抗震区抗震设防要求.     

钢桁架桥梁的地震响应分析

通过利用ANSYS对某钢桁架桥进行了模态分析,并用时程分析法进行了在横桥向和竖桥向激励下的地震响应分析,得到了在关键截面的位移和杆件内力响应峰值.通过数值模拟得出了几点结论,对于钢桁架桥梁的抗震设计有一定的参考价值.     

交错桁架体系结构性能分析

根据结构力学和地震工程的基本理论,从受力原理上对交错桁架体系在竖向荷载、地震和风荷载作用下的受力性能进行了阐述,整个体系在各种荷载作用下以受轴力为主,边柱中的剪力一般很小,几乎没有弯矩或仅有很小的弯矩;根据交错桁架体系的受力特点,对其抗震性能进行了讨论,该体系具有良好的抗震性能,在小震作用下结构的层间位移角很小,在大震作用下结构的层间位移角也比较小;深入分析、比较了帕氏桁架、华伦氏桁架和混合型桁架的抗震性能,帕氏桁架的滞回性能很差,华伦氏桁架滞回性能很好且屈服分布均匀,混合型桁架的抗震性能非常好,并有层次分明的抗震防线感．     

双向地震动的随机性对倾倒式危岩模糊可靠度的影响

危岩体在地震作用下极易发生崩塌灾害，为计算倾倒式危岩在双向地震作用下的稳定性，并探究地震动随机性对倾倒式危岩动力模糊可靠度的影响，通过结构动力学和随机过程理论对倾倒式危岩的动力响应进行了分析。首先，基于结构动力学理论建立了倾倒式危岩地震动力响应力学模型及其在两条主控面上的运动方程，分别采用Wilson-?法和虚拟激励法求解运动方程，建立了倾倒式危岩在确定性地震波和随机地震激励下动力响应计算方法。然后，基于极限平衡理论推导了倾倒式危岩在确定性地震作用下动力稳定系数计算公式，并将随机地震视为平稳随机过程，基于首次穿越破坏准则求解了倾倒式危岩在随机地震激励下地震力峰值响应的均值和方差，从而建立了危岩随机动力稳定性计算方法。最后，将倾倒式危岩失稳事件视为模糊事件，引入模糊失效准则并采用改进的Monte-Carlo法计算危岩体的模糊可靠度，建立了动力模糊可靠度快速计算方法，并分析了地震动随机性对模糊可靠度的影响。将本文方法应用到工程实例中，结果表明：考虑地震动随机性后倾倒式危岩的动力稳定系数和模糊可靠度分别增加了6.34%和22.83%，降低了危岩体的失效概率，且采用模糊失效准则计算得到的模糊可靠度更偏于工程安全。考虑地震动的双向性和随机性较好地判断了倾倒式危岩的动力稳定性，为危岩随机地震动力稳定性评价提供参考。     

考虑参数—激励复合随机的渡槽结构非线性地震响应与抗震可靠性分析

地震灾害对渡槽结构的破坏受多种因素的影响和制约,混凝土力学参数的随机性和地震激励的随机性为两种较为重要的影响因素,会对渡槽结构的破坏模式产生显著影响。进行混凝土力学参数和地震激励两种随机性耦合作用下的渡槽结构随机动力响应分析,以某大型渡槽结构为例,提出考虑参数—激励复合随机的渡槽结构抗震可靠性分析方法。基于概率密度演化理论,该方法阐明了渡槽结构在复合随机作用下可靠性分析的基本原理和应用途径。与单一地震随机作用的比较研究发现,复合随机作用下渡槽结构的位移响应明显加剧,且位移响应产生的残余变形和位移的变异性较大;随着阈值的减小,渡槽结构在复合随机作用下的可靠度与单一随机地震作用下的可靠度之间的差距呈不断增大趋势,且渡槽结构在两种工况下的可靠度均不断减小。     

基于信息熵模糊桁架结构有限元分析

研究模糊桁架结构在模糊力作用下的有限元分析方法．考虑桁架结构材料物理参数、几何尺寸和外荷载同时为模糊变量,利用信息熵将模糊变量转变为随机变量．基于随机因子法,利用代数综合法推导出结构位移和应力响应的均值、方差的计算表达式．通过算例,分析了结构物理参数、几何尺寸和外荷载的模糊性对结构位移和应力响应的影响．     

压电桁架结构在电载荷和机械载荷联合作用下的可靠性分析

在压电桁架结构的动力分析有限元方法基础上，通过振型叠加法和杜哈梅积分的表达式，对该结构进行了动力载荷作用下的可靠性分析．以杆元的强度、面积和电载荷、机械载荷为随机变量，给出结构单元由强度破坏和损伤电场形成的安全余量表达式，引入随机有限元法，在振型叠加法计算结构系统动力响应的过程中，通过求偏导运算，对压电桁架进行结构可靠性分析，最后由算例分析了机电耦合效应对可靠性指标的影响．分析表明，考虑压电材料逆压电效应，利用外加电压可以提高结构系统在动力载荷作用下的可靠性指标．该方法对含压电材料桁架在工程实际的动力可靠性分析提供较好的依据．     

结构抗震考虑随机阻尼的动力响应分析

讨论了结构系统阻尼的随机性 ,建立了运动微分方程 .用二阶摄动法对随机阻尼在地震荷载作用下结构的动力响应进行了计算 ,给出随机阻尼对结构响应的影响数值表达 .结果表明 ,随机阻尼对结构的动力反应的影响的确存在 ,特别是阻尼变化率较大对结构的动力响应影响更为明显 ,应引起结构设计的足够重视