带TMD结构随机地震响应分析的复模态法

本文对多自由度带TMD结构的随机地震响应问题进行了系统研究。首先将结构简化成多层剪切型模型。然后建立运动方程，根据结构的振动反应以第一振型为主，将结构按第一振型展开，针对所得方程为非经典阻尼，非对称质量和非对称刚度情况，运用复模态理论进行解耦，获得了以第一振型表示的结构地震响应的解析解，对单自由度体系，此解即为结构响应的精确解，从而建立了两自由度体系在任意非经典阻尼，非对称质量和刚度情况下随机地震响应解析解分析的一般方法。本文方法也可用于基础隔震结构和无损伤“加层减震”加固结构的随机地震响应分析与优化设计。     

基础隔震结构基于Clough-Penzien谱随机地震响应分析的复模态法

对多自由度基础隔震结构基于Clough-Penzien谱随机地震响应问题进行了系统研究。首先建立了运动方程，然后用第一振型将上部结构展开，针对所得方程为非经典阻尼、非对称质量和非对称刚度情况，用复模态法和扩阶法解耦，获得了以第一振型表示的结构随机地震响应的解析解，对单自由度隔震体系，此解即为结构响应的精确解，从而建立了两自由度体系在任意非经典阻尼、非对称质量和非对称刚度情况下基于Clough—Penzien谱随机地震响应解析解分析的一般方法。该方法也可用于带TMD、TLD结构、无损伤“加层减震”加固结构的随机地震响应分析及其基于动力可靠性约束的优化设计。     

多自由度一般积分型粘弹性阻尼减震结构的 随机响应与等效阻尼

该文对任意多自由度带支撑一般积分型粘滞和粘弹性阻尼器减震结构的随机响应与等效阻尼比的解析分析法进行了系统研究。首先建立了结构一般运动方程;然后将运动方程化为振型广义坐标的微分和积分混合地震响应方程组;继而基于多自由度随机平均法理论,获得了结构随机平均Itô方程组的解析式,推导出耗能结构各振型振子的振幅与相位瞬态联合概率密度函数、位移与速度瞬态联合概率密度函数、位移与速度瞬态响应方差的一般解析解;最后,基于与多自由度随机平均法分析完全相同的等效准则,建立了耗能结构各振型等效阻尼比的一般解析式,并根据CQC和SRSS组合方法,建立了耗能结构随机地震响应方差的解析式,给出了带支撑广义Maxwell阻尼器和广义微分模型阻尼器减震结构随机响应和各振型等效阻尼比的一般解析式,通过与一些典型问题的模态应变能法的计算精度对比分析,表明了所提方法的有效性,使耗能结构可直接应用反应谱法进行设计,从而建立了带支撑任意线性粘滞和粘弹性阻尼器一般耗能结构随机响应与特性等效阻尼分析的完备解析解法。     

框架-剪力墙结构地震响应分析的Laplace变换法

针对框架-剪力墙结构建立了动力分析模型,利用Laplace变换和逆变换,推导了框架-剪力墙结构的振型及其导数的表达式;根据边界条件求得了框架-剪力墙结构的频率和振型的计算方程,并采用Betti定律得到关于其分布质量和分布刚度的正交条件;同时利用正交条件对框架-剪力墙结构的运动方程进行解耦,经振型叠加得到结构地震激励下的响应;最后通过算例与有限元模型、已有方法对比,验证了所建立动力模型的正确性。     

高层框架-剪力墙隔震结构地震响应研究

针对高层框架-剪力墙基础隔震结构,考虑框架与剪力墙之间的相互作用,建立了高层框架-剪力墙基础隔震结构的动力分析模型,剪力墙为分布参数体系,框架结构为集中参数体系,通过边界条件把隔震支座及框 架-剪力墙结构中框架部分对剪力墙的影响引入到分布参数体系,推导出高层框架-剪力基础隔震结构的频率方程及振型正交条件,进一步应用Hamilton原理,推导出隔震层隔震装置作用在各振型上的等效阻尼比,从而实现该体系运动方程的解耦,然后通过振型叠加法求解结构的地震响应。通过对一栋10层框架-剪力墙基础隔震结构进行动力特性及地震响应仿真分析,结果显示,建立的动力分析模型能较好的反映结构的动力特性,提出的高层框 架-剪力墙隔震结构动力求解新方法能方便的求解结构的动力响应,与有限元数值积分法基本一致,可以反映地震作用下框架与剪力墙相互作用的经历。     

隔震结构非线性随机地震响应分析的复模态法

本对多自由度双线性滞变隔震结构在过滤白噪声地震激励下的随机响应问题进行了系统研究。首先建立了结构非线性运动方程；然后根据非线性随机振动理论对运动方程进行等效线性化；最后用复模态法获得了等效线性方程的解析解，将复杂的非线性随机响应问题简化为求解一元非线性代数方程问题，并给出了算例。从而建立了多自由度隔震结构非线性随机响应复模态分析的一整套计算方法。     

高层建筑TMD风振控制分析的复模态法

本文对带TMD的高层建筑风振响应问题进行了系统研究。首先建立了运动方程，然后用第一振型将主体结构展开，针对所得方程为非经典阻尼和非对称结构以及脉动风谱为非有理分式风谱的情况，用线性滤波过程生成脉动风谱，用复模态理论和扩阶法进行解耦，获得了等效风谱对应的以第一振型表示的结构风振响应的解析解。本文方法可用于带TMD结构的风振与抗风可靠度分析以及基于可靠度约束的抗风优化设计。     

基础隔震结构基于新抗震规范地震动随机模型的地震作用取值

对多自由度基础隔震结构的地震作用取值问题进行了系统研究。首先建立了结构运动方程，接着用实模态对上部结构进行解耦，针对所得运动方程为非对称质量与非经典阻尼矩阵的情况，再用复模态法解耦，最后采用基于新抗震规范的地震动随机模型，运用复模态时域法获得了体系的相对位移，由此便可以得到结构的地震作用取值。最后，通过一个例子来说明多层基础隔震结构的地震作用计算方法，同时给出了由规范的振型分解反应谱法得到的基础固定结构的地震作用取值。     

多质点弹性体系建筑结构的爆破地震动力响应分析探讨

目前爆破地震效应研究主要集中在爆破地震波在岩土介质的传播规律和爆破振动实测数据的经验公式回归分析等方面的研究,而对爆破地震作用下建筑结构的动力响应研究较少.运用结构动力学理论,对多质点弹性体系建筑结构的爆破地震动力响应进行了研究,建立了多质点弹性体系建筑结构的爆破地震运动方程,并导出了多质点弹性体系建筑结构的爆破地震运动方程的解,最后给出了求解爆破地震作用力的计算公式.     

不同支撑形式的梁在地震作用下的随机响应分析

基于随机振动理论,建立了梁结构在随机地震动作用下的振动方程。将地震地面运动考虑为随机过程,利用地震响应谱方法,推导了结构在随机地震动作用下最大位移响应的计算过程。以某简支梁和悬臂梁为例,推导了其位移功率谱密度函数、峰值位移功率谱密度函数及最大位移反应的功率谱密度函数。     

结构-土相互作用体系的地震作用取值——基于规范地震动模型的复模态时域法

对多自由度结构-土相互作用体系基于规范地震动模型的复模态时域法的地震响应问题进行了系统研究。首先建立了结构运动方程，针对所得运动方程为非对称质量与非经典阻尼矩阵的情况，用复模态法解耦，然后采用与新抗震规范地震动参数一致的Clough-Penzien非平稳随机地震动模型进行随机地震响应分析，获得了体系相对位移方差的时域解。从而可得等效平稳化方差及其峰值，由此便可以得到结构的地震作用取值。晟后，通过一个例子来说明结构-土相互作用体系的地震响应和地震作用取值的计算方法，同时给出了由规范的反应谱法得到的基础固定结构的各质点位移和地震作用取值。     

结构在水平与竖向随机地震同时作用下的相关函数和谱密度

对单自由度结构在水平与竖向地震同时作用下的随机稳定性、响应及其相关函数和谱密度函数进行系统研究。首先利用Stratonovich和It随机微分方程与响应矩微分方程的互相关转化关系,建立了结构响应矩方程;然后根据Hurwitz随机稳定准则,获得了结构一阶和二阶响应矩渐近稳定的解析判别式;继而,利用复模态法获得了结构响应二阶矩的解析瞬态解和平稳解;最后利用It随机微分方程解具有的非可料函数性质,获得了结构位移、速度响应的自相关函数、互相关函数以及谱密度函数、互谱密度函数的解析解,给出了算例,并综合分析了各种参数对结构响应、稳定性以及相关函数和谱密度函数的影响。     

Stochastic modal interaction in linear and nonlinear aeroelastic structures

The linear and autoparametric modal interactions in a three defree-of-freedom structure under wide band random excitation are examined. For a structure with constant parameters the linear response is obtained in a closed form. When the structure stiffness matrix involves random fluctuations, the governing equations of motion, in terms of the normal coordinates, are found to be coupled through parametric terms. The structural response is mainly governed by the condition of mean square stability. The boundary of stable-unstable responses is obtained as a function of the internal detuning parameter. The results of the linear system with constant parameters are used as a reference to measure the deviation of the system response when the nonlinear inertia coupling is included. In the neighbourhood of combination internal resonance the system random response is determined by using the Fokker Planck equation approach together with the Gaussian closure scheme. This approach results in 27 coupled first order differential equations in the first and second response moments. These equations are solved numerically. The response is found to deviate significantly from the linear solution when the system internal detuning is close to the exact internal resonance. The autoparametric interaction is found to depend significantly on the system damping ratios and a nonlinear coupling parameter. In the vicinity of combination internal resonance, the second normal mode mean square exhibits an increase associated with a corresponding decrease in the first and third normal modes.     

Nonlinear dynamics of offshore structures under sea wave and earthquake forces

A study of dynamic response of offshore structures in random seas to inputs of earthquake ground motions is presented. Emphasis is placed on the evaluation of nonlinear hydrodynamic damping effects due to sea waves for the earthquake response. The structure is discretized using the finite element method. Sea waves are represented by Bretschneider’s power spectrum and the Morison equation defines the wave forcing function. Tajimi-Kanai’s power spectrum is used for the horizontal ground acceleration due to earthquakes. The governing equations of motion are obtained by the substructure method. Response analysis is carried out using the frequency-domain random-vibration approach. It is found that the hydrodynamic damping forces are higher in random seas than in still water and sea waves generally reduce the seismic response of offshore structures. Studies on the first passage probabilities of response indicate that small sea waves enhance the reliability of offshore structures against earthquakes forces.     

SMA阻尼器控制单自由度结构在地震激励下的平稳随机振动研究

对安装有超弹性形状记忆合金(shapememoryalloy,简称SMA)阻尼器的单自由度结构在地震激励下的平稳随机振动进行了理论研究:假定地震地面运动是具有平稳过滤有色噪声模型的随机过程,确定了与《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)相对应的随机地震动模型参数(平稳持时和谱强度因子);建立了SMA阻尼器控制的单自由度结构在平稳地震动过程下的状态方程,并采用随机等价线性化法推导了其平稳反应公式以及基于首超破坏准则的结构动力可靠性公式;通过算例,证明了随机振动解析式是可行的,并指出SMA阻尼器能消耗地震能量,从而有效抑制结构的振动,增加结构动力可靠性。