一般黏弹性耗能单自由度系统非均匀和完全非平稳地震响应分析

为建立一般线性黏弹性耗能结构及其保护系统的抗震分析与设计方法,对设置支撑的一般黏弹性阻尼耗能单自由度结构瞬态响应解析解和非平稳地震响应分析进行了系统的研究。首先,构造最一般线性黏弹性阻尼耗能单自由度结构模型;然后,采用传递函数法,获得结构及其保护系统在任意激励和非零初始条件下时域瞬态响应的非扩阶模态叠加解析解;最后,应用此解析解获得了一般线性黏弹性耗能结构及其保护系统在非均匀与完全非平稳地震激励下的具体响应解析解。通过两种典型耗能结构以及复模态法和频响函数法,验证了该方法的正确性、简易性和普适性;所获得的时域瞬态响应解析解和非平稳随机地震响应解析解,为建立单自由度设置支撑的一般黏弹性阻尼耗能系统非均匀与完全非平稳地震响应分析提供方法。     

单自由度结构系统损伤诊断的EMD法

研究了有阻尼和无阻尼的单自由度结构体系的损伤诊断问题 ,损伤假定是因为在某一特定时间刚度的突然损失而产生的 .从理论上推导了单自由度结构系统发生损伤的响应公式 ,证明了经验模式分解 (EMD,empirical mode decomposition)法的有效性 .研究结果表明在很多情况下应用 EMD法探测结构损伤 ,可以检测损伤的发生时间和程度 ;在位移、速度和加速度响应信号中 ,加速度信号最敏感     

黏滞阻尼对隔震结构减震效果的影响规律

为分析隔震层阻尼对隔震结构减震效果的影响规律,以简谐激励下的结构响应为理论基础,通过绘制单自由度结构在ATC-63推荐的地震波作用下的标准加速度反应谱和傅里叶谱,深入分析阻尼变化的情况下减震效果的影响因素。在对单自由度结构分析的基础上,利用有限元软件设计了采用黏滞阻尼隔震支座的多自由度结构,考察在隔震结构在不同的地震波作用下隔震层阻尼比变化对减震效果的影响。研究表明,阻尼对多自由度隔震结构的影响规律与单自由度是一致的,都与隔震周期和地震波的频谱特性有关;地震波傅里叶谱中出现峰值处近似于一个简谐激励,由于共振效应,对于隔震周期在激励周期附近的结构,增大阻尼比会减小加速度响应,当隔震周期大于激励周期的2~(1/2)倍以上时,由于放大效应,增加隔震层的阻尼将会导致其绝对加速度响应的增大,没有减震效果。     

基础转动结构随机地震响应分析的复模态法

对多自由度基础转动结构随机地震响应问题进行了系统研究。针对用第一振型将上部结构展开所得方程为非经典阻尼和非对称结构情况 ,用复模态法解耦 ,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。该方法可用于隔震结构、加层减震结构、带TMD减震结构的随机响应分析与优化设计     

带Maxwell阻尼器的高层建筑结构基于Davenport谱随机风振响应的解析解法

针对带Maxwell减振器的高层建筑结构的随机风振响应和等效静态设计风载取值进行了系统研究.采用复模态理论解耦,并利用随机振动理论获得结构风振响应的解析式,建立了将结构分解为一系列等效单自由度体系的一般方法,获得了带Maxwell减振器的高层建筑结构基于现行规范Davenport谱随机风振响应的解析解,从而建立了非经典阻尼非对称的被动控制结构基于Davenport谱随机风振响应和风载取值的一般解析方法.     

基础转动结构随机风振响应分析的复模态法

对多自由度基础转动结构随机风振响应问题进行了系统研究。针对用上部结构第一振型展开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情况 ,用线性滤波过程生成脉动风谱 ,用复模态和扩阶法进行解耦 ,获得了等效风谱对应的以第一振型表示的结构响应解析解 ,对单自由度体系 ,此解即为结构响应精确解。该方法可用于带TMD或TLD结构的风振分析和优化设计。     

化学教学中的“问题链”设计

问题是思维的源泉,更是思维的动力。初中化学课程提倡开展以问题为中心的教学,引导学生通过高水平的思维来学习,通过问题解决来建构对知识的理解。从这个高度审视初中化学教学中的"问题链"设计,教师应根据化学课程的培养目标和内容特征、学生的已有经验和认知特点等多方面综合考虑,充分体现层次性、情境性、开放性等原则。     

非经典阻尼结构两种近似求解方法比较与分析

对于建筑结构的抗震研究通常要采用多自由度模型来进行分析和求解。对于多自由度结构体系往往运动方程是藕联的,给运动方程的求解带来不便。在大多数情况下结构的阻尼是非经典阻尼,本文采用强迫解耦法和瑞利阻尼来对运动方程进行解耦,从而将多自由度方程化为多个单自由度运动方程。最后通过算例对这两种算法进行比较、分析,找到计算相对比较简便且精度满足要求的方法。     

半柔性悬挂结构体系的减振机理及其减振效果分析

提出一种新型高层建筑半柔性悬挂减振结构体系.给出体系的结构方案,简化计算模型及多自由度体系运动方程;在时域内输入El Centro波和Taft波来阐明体系的动力特性;基于随机地震动激励采用复模态解耦与虚拟激励法相结合,推导这种体系的随机动力响应表达式;编制相应程序以主体核筒顶点位移和柔性层层间位移为控制目标,对影响结构动力响应的阻尼器刚度和阻尼系数及柔性悬挂楼段设置位置进行优化分析.结果表明:这种体系能够较好地降低地震响应,有着较大的柔性层层间位移和较小的悬挂楼段层间位移;存在最优的阻尼器阻尼系数,能够明显减小主体核筒动力响应;阻尼器的刚度有助于控制柔性层的层间位移;悬挂楼段设置在结构上部对顶点位移的减振效果更好.     

结构动力学中若干问题辨析

针对结构动力学教学过程中运动方程建立、运动方程求解的若干问题进行讨论,主要包括动力学和静力学刚度系数的区别,频响函数和脉冲响应函数的Fourier变换条件及对动力反应的影响,滞后阻尼体系的频响函数等问题。仅考虑集中质量平动自由度的体系,动力学刚度系数是指平动自由度产生单位位移而转动自由度放松情况下所受的力,静力凝聚方法和单位位移法所得刚度系数是相同的;无论是无阻尼体系还是有阻尼体系,频响函数和脉冲响应函数的Fourier变化关系都精确成立;时域特解包含稳态振动和伴生自由振动,而频域特解仅为体系的稳态解,两者之间的差别主要在振动的初始阶段,自振频率越低,差别越大。对于滞后阻尼体系,负频率的频响函数应为正频率频响函数的共轭函数。     

Effect of damping model on pre-yielding earthquake response of structures

The present paper examines differences between responses of single-degree-of-freedom (SDOF) systems with viscous and hysteretic damping to earthquake ground motions. Only responses within yield limits are considered. The structural behavior of SDOF systems with hysteretic damping is modeled by a generalized elasto-slip model of the Masing type. The model leads to a force–displacement relationship similar to that proposed by Ramberg and Osgood. The responses of the two systems are compared for a number of earthquake records. To achieve consistent comparison, parameters of the linear system with viscous damping are determined by the secant stiffness method. In many cases significant differences in the peak displacement responses and energy values have been observed between the systems. This indicates that the prediction of the response of structures to earthquake ground motions before yielding based on linear models with viscous damping may not be as accurate as used to be believed. Tentative estimates of error associated with such predictions are presented.     

工程结构抗震课程实验教学内容探讨

工程结构抗震类课程是土木工程专业本科生的综合性课程,教学对象为土木工程专业本科高年级学生,课程理论知识点较多,涉及结构抗震技术最新发展。受学时和教学经费限制,实验教学一般限于梁、柱构件在拉、压、弯、扭等荷载作用下的力学性能试验,很少进行如结构动力特性测试、构件耗能能力测试、结构地震响应等结构动力荷载试验。介绍了工程结构抗震类课程实验教学现状,分析了现有配套的实验教学内容存在的不足,提出了开设结构抗震性能相关实验课程、建筑和桥梁减隔震装置力学性能实验课程的建议,并从编写教学大纲、实验指导书、教学讲义,编制实验报告模版,以及教学实践等方面进行了课程建设。通过三年的教学实践,结合最新工程实践和课堂教学的实验教学内容改革取得了良好的教学效果,学生充分了解了各类减隔震装置、最新结构设计理念和新型结构体系,得到了规范化的试验操作技能训练,对学生就业后快速理解工程建设程序和标准,或继续深造打下了良好的基础。     

相对运动法与绝对位移直接求解法算法误差分析

多点激励地震响应分析过程中,相对运动法和绝对位移直接求解法分别假定阻尼与内部节点相对速度、绝对速度成比例,由于阻尼假定的不一致,计算结果可能存在误差.采用随机振动分析方法对瑞利阻尼模型下2种求解方法计算结果之间的误差进行了理论分析,得出了2种算法下结构动态响应功率谱密度误差主要受激励频率与结构基频的比值、结构阻尼比影响...     

关于不同阻尼比反应谱的研究

回顾了中、美、欧抗震设计规范关于不同阻尼比反应谱的相关规定及其存在的问题。通过理论分析指出,长周期、大阻尼的结构,阻尼力的影响不可忽略,工程设计反应谱应以弹性力为依据进行标定。根据实际地震记录反应谱的综合阻尼调整系数的分析,给出了规范（GB 50011—2001）的反应谱修正方案。     

能力曲线折线简化方法对比研究

将结构的能力曲线简化为二折线是确定结构的恢复力骨架曲线特征点（屈服点和屈服后刚度）、计算结构延性和等效阻尼比的关键。文中介绍了三种曾经建议的由结构能力曲线确定等效屈服点和屈服后刚度的方法,对三个框架结构算例采用上述建议方法计算的等效屈服力和屈服位移进行了对比分析,并以此屈服点和屈服后刚度作为等效单质点体系的恢复力骨架曲线,采用非线性动力时程分析法计算了等效单质点体系在罕遇地震下的最大弹塑性位移,通过与杆系模型非线性动力分析法计算的顶点位移对比,从而得到关于能力曲线简化方法的建议。     

Across-wind loads of typical tall buildings

Previous studies have indicated that the across-wind dynamic responses of super-tall buildings are usually larger than the along-wind ones. With the increase of heights, the across-wind dynamic response of super-tall buildings has been a problem of great concern. In this paper, 15 typical tall building models are tested with high-frequency force balance technique in a wind tunnel to obtain the first-mode generalized across-wind dynamic forces. New formulas for the power spectra of the across-wind dynamic forces, the coefficients of base moment and shear force are then derived. Parametric analyses of the effects of factors on the across-wind loads of the buildings are performed. Besides, a SDOF aeroelastic model of a square tall building with an aspect ratio of 6 is selected from the above buildings and is tested to investigate its across-wind dynamic response and aerodynamic damping characteristics. The power spectrum of the across-wind force of the square building is employed to compute its across-wind dynamic responses with and without considering the effect of the aerodynamic damping. The computed responses are then compared with the corresponding responses from the aeroelastic model test to verify the present formulas of the across-wind loads of buildings.     

基础隔震结构中上部结构与隔震层的刚度比限值研究

以控制结构变形为目标,将上部结构刚度与隔震层刚度的比值定义为隔震刚度比,作为反映上部结构与隔震层协同变形特点的指标。假定上部结构的地震作用沿高度为矩形分布,在一般结构单质点简化方法基础上提出一种隔震结构动力分析的等效简化方法。进一步分析双自由度等效模型的刚度影响和动力特性,以隔震刚度比的形式解释了结构位移需求、位移分配函数以及隔震刚度比对结构抗震性能的影响。基于抗震性能,推导出结构位移需求与周期关系式、临界隔震刚度比表达式、最大和最小隔震刚度比限值表达式。选取不同结构高度、地震烈度、阻尼条件等计算了上部形式为框架、框-剪、剪力墙结构的三类隔震结构在罕遇地震作用下的隔震刚度比限值。结果表明,一般隔震结构的隔震刚度比限值不宜小于4,低多层隔震结构主要由最小隔震刚度比控制,高层隔震结构在特定条件下需要满足最大隔震刚度比限值。计算结果整理成表格可供设计参考。     

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。     

SSI体系阻尼比实测及其分布规律研究

 阻尼比是结构动力分析的重要动力特性参数,目前规范采用的阻尼比是基于刚性地基或近似刚性地基的试验结果,未能考虑土与结构相互作用(SSI)效应。针对SSI效应问题,体系阻尼比的准确评估是其动力分析的重要前提。为了实现实际SSI体系阻尼比值较准确的识别,提出环境激励下SSI体系阻尼比测试与识别方法,并应用这一识别方法,给出西安及其周围地区82幢各类SSI体系基本等效黏滞阻尼比的实测识别结果。同时在实测阻尼比数据的基础上,初步研究实际SSI体系阻尼比的总体分布规律、影响因素和取值范围。     

Response of SDOF bilinear elasto-dynamical models of cracked concrete beams for El Centro earthquake

Investigated herein are the dynamic responses of three different single degree of freedom (SDOF) bilinear dynamical models of a cracked concrete beam subjected to the El Centro earthquake. The first model is an equivalent unilinear model while the other two models have different stiffness values but differ from each other in the dependence of their damping coefficients on the sense of amplitude. All three models have the same natural period. The three models have been found to predict different response spectra for the same bilinear dynamical system. The effect of constant loading on the dynamical response of the concrete structures subjected to sinusoidal and random loading has been found to be significant for more flexible structures. Implications of these theoretical predictions for seismic design of concrete structures are discussed.