深覆盖土层动力响应时程分析中Rayleigh阻尼系数的确定

合理选择确定Rayleigh阻尼矩阵比例阻尼系数的振型频率对于准确计算场地地震响应有重要影响。将一种高层结构Rayleigh阻尼系数优化方法引入到深覆盖土层的地震响应分析中,并根据土层动力响应的特点进行了相应的改进。选择了28条具有代表性的地震波,通过对某典型深厚土层模型进行地震反应分析,比较了多种Rayleigh阻尼系数计算方法的精度及适用性,给出了深覆盖土层的地震响应分析中Rayleigh阻尼系数的确定方法。     

土层场地地震反应时域分析中等效线性化方法研究

对场地土层时域地震响应分析中等效线性化方法进行讨论。首先按照不同材料区域采用不同阻尼比的思想建立Rayleigh阻尼模型,并对等效线性化方法进行改进:在每次线性迭代中考虑由于材料模量衰减引起模型自振频率变化而带来的阻尼系数的变化。其次基于ANSYS-LSDYNA软件,将隐式算法求解结构动力特性、显式算法求解动力响应相结合,编制等效线性化方法的计算程序。分别采用考虑和不考虑阻尼模型更新的等效线性化方法对某实际深厚覆盖土层场地进行地震响应分析。结果表明:在每次迭代过程中,模型的基频逐渐减小并趋于稳定;相对于不更新阻尼系数情况,模型自振频率改变引起阻尼系数的变化对不同深度处加速度结果有一定的影响,但不明显;地震波频谱和加速度反应谱变化都比较小,可以忽略,即在等效线性化迭代过程中,可不考虑由于材料模量衰减引起模型自身动力特性变化的影响。     

土石坝动力反应分析的阻尼模型及计算频率

土石坝动力计算中,通常采用基频作为控制频率的Rayleigh阻尼模型。这样处理对50m左右的低坝是基本合适的;而对300m级的高坝,会高估高阶振型的阻尼比,低估坝体的地震反应,使设计偏不安全。研究了Rayleigh阻尼模型2个控制频率的不同取法以及不同特征周期的规范谱人工地震波对坝体地震反应的影响,认为阻尼控制频率的选取应综合考虑坝体动力特性及地震波的频谱特性。     

沉管隧道地震反应分析局部精细化建模中的几个问题

通过大型沉管隧道的实例分析和前期研究成果,重点讨论沉管隧道地震反应分析中建立局部三维精细化模型时所应关注的4个问题:1模型范围大小的问题;2上覆水体动水作用的简化;3时域分析中阻尼矩阵的合理建模及其影响;4地震输入方式的选择与影响等。文中通过工程算例验证局部三维精细化建模的合理方式,研究结果表明:考察某段沉管管节的地震反应时,应至少考虑该管节两端各三段相邻管节的影响和轴向5倍以上土层厚度范围的土层影响;上覆水体可近似采用等效附加质量的方式模拟;当沉管隧道-土层体系的基频低于输入地震波的卓越频率时,易采用基于体系基频的优化方法来确定Rayleigh比例阻尼矩阵的比例系数;沿沉管隧道轴向的多点地震输入对隧道地震反应有较大影响,应加以充分关注。     

结构动力分析中Rayleigh阻尼合理取值研究北大核心

采用时程分析法进行结构地震反应计算时,Rayleigh阻尼矩阵取值对于计算结果的影响很大,当给定结构模态阻尼比后,Rayleigh阻尼矩阵取值主要由所选取的两阶结构振动周期所决定以一座三跨连续梁桥为例,通过选取采用结构不同的自振周期采计算相应的Rayleigh阻尼矩阵,研究Rayleigh阻尼矩阵取值对结构地震反应的影响,并对Rayleigh阻尼矩阵的合理取值进行了研究。     

钢筋混凝土大底盘工程场地地震响应分析

水平土层场地尤其是特殊地形的场地地震响应计算是工程场地安全性评价的重要内容。本文以上海某在建超高层建筑中钢筋混凝土大底盘工程场地为背景,对其深覆盖土层场地进行了地震响应计算分析。为研究地震作用下刚性大底盘可能产生的地震动摆动效应,采用工程场地地震安评报告提供的3条地震波进行了一致激励和行波激励的地震响应分析。计算结果表明,混凝土大底盘具有刚体运动的特点,且具有一定的摆动效应,地震动强度越小,地震波激励方式引起的摆动效应差异越大。行波激励下底盘各点水平加速度响应较一致激励有所减小,按沿基岩一致地震输入进行土层地震反应分析偏于安全。     

土层地震行波反应分析中侧向人工边界的影响

假定土层为线性粘弹性介质,主要探讨了行波地震输入作用下采用有限元法分析均匀土层时有限土域的取值范围对计算精度的影响。在频域内分析了土层地震反应随不同侧向人工边界、迫振频率、阻尼、土层长深比和地震波传播速度的变化规律,以及水平方向和垂直方向土层地震反应的特点。应用所得的计算成果对一河谷地形的土层进行地震反应分析,计算结果表明采用本文土层范围取值来确定土域的计算范围可以得到满意的结果。     

地震作用下调频质量阻尼器减震效果试验研究

为考察地震作用下调频质量阻尼器(TMD)的减震效果,按简谐激励作用下双自由度TMD结构最优参数设计和加工了一个设置TMD减震子结构的钢框架模型,采用电磁振动台加载,对其在简谐激励和地震波作用下的动力响应规律进行了试验研究。试验结果表明:简谐激励作用下TMD的减震效果受激励频率的影响非常明显,当激励频率与结构自振频率接近时,减震效果好,远离结构自振频率时,减震效果变差,还可能会放大结构的响应;地震波作用下TMD的减震效果受到地震波频域能量分布的影响,当地震波中与主结构频率相对应分量的反应谱值位于反应谱曲线的局部极小值附近时,TMD可能会放大结构的地震响应;反之,当主结构对应反应谱值位于反应谱曲线的局部极大值附近时,减震效果非常显著。研究结果表明TMD减震技术应用于结构抗震设计时,需详细考察其减震效果的可靠性,不能仅仅依据规范要求的3组地震波作用下的结果加以设计。     

基于改进迟滞阻尼模型的混合结构抗震分析SRSS法

混合结构的阻尼矩阵不再满足经典阻尼条件,无法直接采用模态叠加法。迟滞阻尼模型具有每周期耗散能量与外激励频率无关的优点,且时域计算结果稳定收敛,但不满足能量守恒原则。利用结构每周期耗散能量与阻尼做功相等,对迟滞阻尼模型的阻尼系数进行修正,得到了改进迟滞阻尼模型,并提出了对应的混合结构模态叠加法。在此基础上,分析改进迟滞阻尼模型的反应谱特点,计算最不利地震作用效应组合,提出了基于改进迟滞阻尼理论的混合结构抗震分析SRSS法。算例分析表明,改进迟滞阻尼模型计算的地震作用效应比粘性阻尼模型计算的地震作用效应更大,其增大幅度约为15%～20%。     

不同场地及地震输入下的土-框架结构相互作用体系地震反应分析

为了研究框架结构在不同场地及不同地震波输入的地震反应,本文建立了土-结构相互作用(SSI)体系有限元模型.对模型进行了模态分析及时程分析,得出以下结论:土-结构相互作用体系的结构频率低于框架结构自振频率,土层刚度越低,结构频率越低.不同波速的场地对地震波的放大效应不同,刚度较大的场地土对低频有明显的过滤作用.场地基频小...     

上海软土场地的地震反应特征分析

近年来的宏观震害资料和强震观测记录已经证明：场地条件不仅对地震动的峰值加速度和频谱形状具有重要的影响,而且与不同类型工程结构的地震反应和震害机理也具有相当密切的关系.上海地区的第四纪沉积土层呈水平层状分布,基岩埋深可达300m左右,且浅部普遍发育有滨海沼泽相软土.因此,上海地区上覆深厚、软弱的沉积土层,对场地的地震反应特性无疑具有重要的影响.文章基于一维场地地震反应的等效线性化频域分析方法,建立了上海软土场地的动力分析模型,以El Centro地震波为例,重点分析了上海地区场地土的地震反应加速度反应和频谱特征.研究表明,在7度抗震设防即场地地面峰值加速度（PGA）等于0.1 g的情况下,上海软土场地的地表峰值加速度具有放大特性,地表加速度的频谱组成具有低频放大,高频过滤的特征,地面运动加速度反应谱的卓越周期也具有向长周期方向移动的趋势.     

多点地震输入下结构地震反应分析的频域精细传递矩阵法

正确的地震输入方式是研究工程结构抗震性能的首要因素。结构的地震反应分析,需要考虑多点地震输入的影响。将精细传递矩阵理论与拟静力原理相结合,建立多点地震输入下结构地震反应分析的频域精细传递矩阵法。首先,根据梁单元的几何物理关系,建立梁单元的状态传递矩阵;其次,根据傅里叶变换,建立集中质量两侧的状态传递矩阵;然后,根据转折处及分支点处的结构特点,建立转折处及分支点处的状态传递矩阵;最后,根据结构的实际特点,建立结构总的传递矩阵。在上述算法的基础上,编制了计算程序,并进行了相应的算例计算。算例计算结果表明,结构在水平方向地震力的作用下,边柱的地震反应考虑一致激励较为合理;中柱水平方向考虑一致激励较为合理,而竖直方向应考虑多点激励的不利影响。     

SH波作用下粘弹性半空间场地土地震反应分析

本文考虑稳态简谐SH波激励下的谐和振动和场地土的材料阻尼,建立弹性动力反平面应变模型,采用一维粘弹性波动理论进行土层地震反应分析,得出基岩运动输入下半空间上覆粘弹性场地土体系的解析解.利用此解来分析SH波激励下粘弹性场地土动力效应,讨论不同场地土的动力特性参数对粘弹性场地土动力效应的影响.土-结构物动力相互作用和材料阻尼对场地土地震反应有很明显的影响,这为工程中的地震场地效应评价、震害分析和结构抗震设计都提供一定的参考依据.     

Studies on damping behavior of vertically mixed structures with upper steel and lower concrete substructures

This paper presents 2 models to simulate the damping behavior of a 12‐story vertically mixed structure with upper steel and lower concrete substructures (S/RC structure). One is the modal strain energy damping model based on modal damping ratio. The other is the assembled Rayleigh damping model based on damping matrix that is obtained by combining Rayleigh damping matrix of steel components with that of concrete ones. Then a 12‐story S/RC frame and a 12‐story RC frame are designed and used for shaking table test. Based on the test, the expressions for the damping behavior of steel and concrete substructures of the S/RC frame are derived, and these expressions are utilized to form 2 different damping models of the S/RC structure separately. By comparing the damping behavior of the 2 models in analysis with what has been identified in the tests, the feasibility of the 2 models are assessed in both frequency domain and time domain. Theoretical analysis and experimental results show that the assembled Rayleigh damping model is not applicable to conventional modal analysis because of its nonproportional characteristics. However, the modal strain energy damping model based on equivalence of the dissipated modal strain energy of structure, which embodies the essence of damping, can give better predictions on damping behavior of the S/RC frame in both time and frequency domains. Finally, some suggestions are put forward on the selection of damping parameters in practical seismic design for vertically mixed structures.     

乙烯生产钢塔架地震响应分析

采用有限元法和求解特征方程法分别对某乙烯生产钢塔架进行动力特性分析,得到结构的基本频率,通过比较发现两者的计算结果较接近,从而验证采用有限元软件建立的模型的正确性。进而,采用有限元软件对乙烯生产钢塔架进行两个方向的地震响应分析,同时研究有重力和阻尼对结构地震响应的影响。结果表明:①结构侧移刚度小的方向,结构的响应较大,但各层的层间弹性位移转角最大值都满足《建筑抗震设计规范》给定的限值;②重力会增大结构的位移响应,但是对结构的速度及加速度响应没有影响;③阻尼会大幅度降低结构的位移、速度、加速度响应,因此,增大结构的阻尼对结构抗震十分有利。     

黏滞耗能减震结构能量反应分析的基础研究

地震对结构的作用是一种能量的传递、转化与消耗过程,而减轻或控制地震反应的基本原则主要是以适当的方式耗散地震输入的能量,因此能量的输入、转化和吸收(耗散)成为地震反应的基本特征。本文采用速度型黏滞阻尼器,利用有限元分析程序,综合考虑地震动三要素(峰值、频谱、持时)、结构自身动力特性(阻尼比、自振周期)和黏滞阻尼器参数(速度指数、阻尼系数)等因素,对钢筋混凝土耗能减震结构进行了地震动总输入能受各种因素影响的变化规律的弹塑性时程分析;探讨了黏滞阻尼器速度指数的取值范围,取得了一些有意义的研究结果,为减震结构地震反应的能量分析方法走向实用化提供了基础性资料。     

易液化深厚覆盖层地震动放大效应台阵观测与分析

基于美国加州Caltrans/CDMG的两个井下台阵加速度记录,从时域和频域分析了百米级易液化深厚覆盖层在不同地震下的地震动放大效应,揭示了地震动从基岩向覆盖层传播的4个重要特征:(1)加速度放大效应受土层深度影响,近地表20~30 m以内放大效应突出;(2)地震动三分量的放大效应具有方向性,水平向与竖向地震动放大效应差异显著;(3)基岩加速度呈现"小震放大、大震衰减"的规律;(4)加速度放大规律与频率相关,深厚覆盖层放大频带较宽。初步分析了造成上述放大效应的可能原因。在此基础上,基于平面波动假设提出了考虑层间波阻抗比放大和传播路径衰减的深厚覆盖层加速度放大效应简化函数,改进了1/4波长法的参数取值,并结合自由表面效应,对前述台阵记录的放大效应进行了估算,发现无论时域还是频域,预测结果与实际观测都较接近。本文研究成果可为深厚覆盖层液化判别和抗震设计的加速度选取提供理论依据和简化分析方法。     

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。