大跨度斜拉立体桁架的水平地震反应分析

大跨度斜拉立体桁架是一种频谱密集周期较长的杂交结构体系,以该结构的两塔三跨和一塔两跨两种体系为对象,研究了通过控制振型参与质量贡献率来确定采用振型分解反应谱法分析时参与组合所需的振型数,探讨了水平地震反应分布规律,并进行了时程分析。研究表明:地震反应振型组合需取前20阶振型具有足够的精度,桁架最大竖向位移和塔顶水平位移及桁架和索的内力反应不大,而塔根的内力反应较大,设计时应给予足够重视。对一塔两跨体系,时程分析结果比振型分解反应谱法分析结果普遍偏大,该结构体系在设计时应采用时程分析法进行多遇地震下的补充计算。     

大跨度三塔悬索桥动力特性及抗震性能研究

结合泰州长江公路大桥的工程设计实例,研究了该桥的动力特性及地震反应的特点.采用反应谱和时程分析法对该桥进行了线性地震反应分析,探讨了大跨度三塔悬索桥地震反应的特点.分析了竖向地震动、中塔与主梁之间的纵向弹性索和高阶振型对该桥抗震性能的影响.结果表明:竖向地震动对主梁弯矩和边塔的动轴力贡献较大;在中塔与主梁之间采用弹性索对中塔内力反应影响不大,但可以明显减小了边塔弯矩、主梁梁端位移以及主梁与次边跨间相对位移,对结构抗震有利;高阶振型对主塔的地震反应影响很大,主塔的地震反应主要由高阶振型引起的.     

非对称多塔结构在水平地震作用下的反应

大底盘非对称结构的受力情况比对称结构更为复杂,文章分析了在水平地震作用下大底盘非对称多塔楼结构协同计算与各单塔独立计算时的地震反应,并指出多塔楼协同计算时,应选取足够数量的振型数才能使高阶振型中对地震反应起一定作用的振型考虑进去,以满足结构设计精度的要求。     

高墩梁桥考虑墩身高阶振动的水平向主导振型

规则中、低墩梁桥的水平向动力特性主要取决于对应方向的基本振型,因而可近似按单自由度体系对其进行抗震性能研究和抗震设计.而高墩梁桥由于墩身质量参与和高阶振型影响,其动力特性较为复杂,难以借用单自由度体系模型进行抗震分析和研究.为进一步了解高墩梁桥的动力特性和地震反应特点,将高墩梁桥简化成单墩-质点体系模型,考虑墩身质量参与和高阶振型,分别研究墩高、墩顶集中质量和梁-墩质量比等参数对体系水平向主导振型分布的影响,提出梁-墩质量比是决定单墩-质点体系水平向振型质量参与系数的主要因素,并通过曲线拟合给出了二者间的函数关系式;再利用反应谱方法计算体系在不同地震动输入下的墩底内力和墩顶位移,分离出前几阶水平向振型对体系地震反应的贡献率,依此给出因计算目标而异的选取单墩-质点体系水平向主导振型的合理判据.     

斜拱面非对称钢箱系杆拱桥的抗震分析

天津大沽桥主跨103米,采用全钢斜拱斜系杆面无顶部水平支撑的结构形式,结构复杂,振型多是空间的,自振频率密集。我国新版桥梁抗震设计规范正在编制,目前我国缺少对这种桥抗震设计的明确规定。参考国内外相关规范,采用两阶段抗震设计,确定了表达两阶段水平和竖向地震作用的反应谱,选择和产生合格的三分量地震地面加速度时程历史;计算了拱圈的几何刚度和斜吊杆的割线刚度对地震反应的影响;用有效振型参与质量分别确定了对顺桥向和横桥向地震作用的振型组合所必须的振型数,和非弹性时程积分的合理步长,表明用前57阶振型进行振型组合,以及0.02秒的积分步长能给出可靠的结果。对大沽桥弹性反应分析,反应谱振型叠加法必须使用CQC组合,还应考虑对三向地震作用的反应的组合。利用作者开发的程序BER2002进行三分量地面运动同时输入下的非弹性时程积分。分别考虑水平主波沿顺桥向和横桥向的反应,取大者。分析表明,大沽桥的设计方案有良好的抗震性能。     

高阶振型对大跨度钢桁拱桥地震反应的影响

为探讨高阶振型对大跨度钢桁拱桥地震反应的影响,以某1~490 m上承式钢桁拱桥为研究对象,采用MIDAS Civil软件建立全桥有限元模型,基于振型分解反应谱法基本原理,通过动力分析与静力分析相结合的方法,提出了高阶振型对大跨度钢桁拱桥地震反应的分离方法,在此基础上分析了主控振型对大跨度钢桁拱桥主拱圈纵向地震反应的影响规律。结果表明:同一振型对主桁下弦杆的同一位置不同内力分量的影响程度不同。同一振型对主桁下弦杆不同区域的同一内力分量的影响程度不同。从主桁下弦杆整体内力分布看,各阶振型对下弦杆的轴力、弯矩影响规律较为接近,但对剪力的影响明显不同。对于轴力和弯矩,在L/8区域~拱脚区域内,高阶振型的影响显著。对于剪力,在跨中区域~L/4区域,高阶振型的影响显著,且多阶振型共同作用效果明显。     

隔震结构复振型分解反应谱方法研究EI北大核心CSCD

隔震结构一般具有非比例大阻尼特性,使得复振型分解反应谱方法的研究越来越重要。该研究通过隔震结构运动方程考虑非比例阻尼矩阵的耦合影响,根据复模态和平稳随机过程理论提出了隔震结构复振型分解反应谱方法,分别采用瑞利阻尼、振型叠加阻尼系数和阻尼比换算阻尼系数3种方法来组装形成4种不同的非比例阻尼矩阵,并以隔震结构特点分析了阻尼矩阵适用性;随后对比分析了在天然波反应谱作用下,不同阻尼矩阵组装方式下隔震层等效周期、等效阻尼比、对完全平方组合(CQC)和复振型完全平方组合(CCQC)方法计算精度的影响规律;最后基于设计反应谱CQC和设计反应谱CCQC反应谱方法,研究了隔震层不同等效周期和等效阻尼比对隔震结构的楼层位移、楼层剪力和楼层倾覆矩误差影响规律。研究结果表明,阻尼系数方法更适合用于非经典阻尼矩阵的构造,CQC反应谱方法在近场地震下不能准确反映实际响应,且其使用范围受限较多,而CCQC反应谱方法可以很好的反映隔震结果的地震响应。     

非比例阻尼线性体系基于规范反应谱的CCQC法

根据平稳随机过程理论和抗震设计反应谱,对具有非比例阻尼特性的线性体系,给出了实数形式的复振型反应谱叠加法和复振型完全平方组合(CCQC)计算公式。式中除了包含一般CQC方法中振型间的位移相关系数以外,还包含了新的速度相关系数和位移-速度相关系数。公式推导按照与一般CQC法同样的原理和假定,形式也同样简洁、明了,易于工程设计人员掌握和使用。用实例分析对比了基于设计反应谱的CCQC法、CSRSS法及强迫解耦法,并以人工地震波作为地震输入,用逐步积分法对计算结果进行了验证。结果表明:提出的CCQC法比CSRSS法具有更好的精度。实例分析还表明,对于一般的强非比例阻尼结构,抗震设计规范中采用的强迫解耦方法也具有较好的精度。     

隔震高层结构的悬臂梁模型的地震反应研究

对底部隔震悬臂梁的地震等效作用和效应进行了研究。水平力作用下具有弯曲型侧移曲线的悬臂梁在动力特征上与高层结构接近,隔震悬臂梁可作为隔震高层结构的一种等效的简化模型。采用伯努利-欧拉梁理论推导出底部隔震悬臂梁的周期和振型,利用振型反应分解谱法分析隔震悬臂梁的地震效应,研究隔震前后各振型的等效地震作用的变化。研究发现隔震高层减振的主要原因在于调整了各振型对内力的贡献比例,延长了高阶振型的周期,从而降低高阶振型的影响,实现减振的目的;隔震对结构上部和底部作用也不同,且对剪力影响大于弯矩;隔震层刚度越弱,对高阶振型的抑制作用越明显,隔震后与隔震前1 阶振型的周期比大于1.4 可取得较好的隔震效果,规则的隔震高层结构可只采用2 个振型计算。     

高层隔震结构减震机理探讨

从时域和频域两个角度分别研究了高层隔震结构的减震机理。采用ETABS软件建立了高层框剪隔震建筑模型和多层框架隔震建筑模型,输入单向地震波,后提取隔震层的加速度时程,将其视为地震动,输入原抗震结构中。文中对比了两者隔震前后的加速度反应谱,发现无论是高层隔震结构还是多层隔震结构都存在多振型减震的作用,但在高层结构中,高阶振型反应谱加速度的减少量相对于第一阶振型反应谱加速度的减少量要大很多,而在多层结构中,高阶振型的减少量与第一阶振型差不多,使得多振型减震在高层结构当中的效应要远大于多层结构;对比两者隔震前后基底最大剪力的减震率,发现对于高层隔震结构,叠加上高阶振型后,基底最大剪力的减震率有较大的提高,而对于多层隔震结构,减震率变化不大。从以上两个方面可以说明,多层隔震结构的高阶振型减震效应很小,且以第一振型减震为主,而高层隔震结构存在较大的高阶振型减震的效应,从而产生了其多振型减震的效应     

弱耦联体系地震响应的隔离分析求解

弱耦联体系由一系列支柱结构及柔性连接件组成,结构整体性差,支柱与连接件材料的阻尼特性差异显著.这两个特点造成了采用结构整体振型以及比例阻尼的常规抗震计算方法在处理弱耦联问题时的局限性.因此,从支柱及连接件的隔离体分析出发,构建考虑二者非比例阻尼的运动控制方程,并在频域对耦合的方程进行求解,从而避免对整体振型正交性条件的...     

非比例阻尼隔震结构地震响应的实振型分解法

采用子结构瑞利阻尼模型表达隔震体系的非比例阻尼矩阵,将实振型分解法与拉普拉斯变换方法联合应用,建立了任意多自由度非比例阻尼隔震体系时域动力响应的工程算法。以本文作者承担设计的三个实际隔震工程作为算例,在两种不同输入地震波和三种不同隔震层阻尼水准下,用本文算法计算地震响应,并与复振型分解法、Wilson-θ法、及Matlab下的Simulink这三种方法的峰值响应进行了对比。结果表明,在设计阻尼水准(隔震层阻尼比为0.21)下,本文算法与Wilson-θ算法的精度大致相当,所求得的位移、速度及加速度峰值的最大相对误差分别不超过0.07%、0.19%和0.27%。即使在极大阻尼水准(隔震阻尼比为0.81)下,本文算法所求得的所有峰值响应的最大相对误差均不超过4%。这表明,当隔震阻尼比不是特别大时,本文提出的算法完全可以满足工程计算要求。     

基于小样本记录的柱面网壳结构地震响应评估

结构的地震反应可以采用时程分析法或反应谱法来估计,在用时程分析法计算结构抗震设计需求时,中国抗震设计规范规定了选择3条或至少7条地震动记录的准则。可以用峰值加速度（PGA）或加速度反应谱（SA）来对地震动记录进行调幅,但用哪一个地震动强度参数来调幅为最佳还是未知的。该文针对柱面网壳的分析结果表明:合适的地震动强度参数取决于所需的结构反应,为降低由地震动记录间差异引起的结构最大杆件内力、支座反力或基底剪力的变异性,采用PGA调幅地震动记录要优于SA,而对于结构的最大位移反应则恰好相反。由于结构频谱十分密集以及受高阶振动模态的影响,采用反应谱法计算结构最大杆件内力或基底剪力是不合适的。同时,该文计算了采用3条和7条地震动记录准则获得的结构最大杆件内力和基底剪力的统计值,以期能为选择合适的地震动强度参数和地震动记录数量提供依据。     

基于动力特性的混合结构地震响应复模态叠加法

混合结构由不同阻尼特性的材料组成,确定其阻尼矩阵存在困难。分块Rayleigh阻尼模型由于数学上的简易性,被广泛用于构建混合结构的阻尼矩阵,但分块Rayleigh阻尼模型的计算精度与参考频率的选择方法直接相关。针对参考频率的选择问题,依据结构动力响应的组成和特点,提出了一种确定Rayleigh阻尼系数的计算方法,进而实现基于分块Rayleigh阻尼模型的复模态叠加法。求解结构的瞬态反应时,根据结构前两阶振型的自振频率确定阻尼系数;求解结构的稳态反应时,选择结构的基频、与外激励频率接近的结构自振频率确定阻尼系数。依据地震波的频谱特性,提出了基于地震波卓越频率的分块Rayleigh阻尼模型,并结合地震加速度的分段线性假定,建立了混合结构的复模态叠加法。在此基础上,利用三角级数展开得到组成地震波的谐波频率,进一步提出了基于谐波频率的分块Rayleigh阻尼模型和对应的复模态叠加法。算例分析结果表明:所提方法误差更小,且克服了传统方法因振型选择不唯一导致的计算结果具有不确定性的问题;与基于地震波卓越频率的复模态叠加法相比,基于谐波频率的复模态叠加法计算量更大,但计算精度更高、适用范围更广。     

行波效应对大型水电站厂房地震响应的影响

为研究行波效应对平面尺寸较大的水电站厂房结构地震响应的影响,选取某实际厂房结构,建立三维有限元模型,借助ABAQUS有限元软件,采用振型分解时程分析法进行结构动力计算。调整Koyna水平地震波加速度峰值为0.246g作为地震荷载。结果表明行波效应影响厂房结构位移响应主要体现在动位移峰值上,波速不大时可能使动位移峰值最大减小25%;对加速度响应峰值和响应时程影响都较明显,波速较小时可能使得结构加速度峰值滞后于地震加速度峰值出现;不考虑行波效应对厂房结构设计是偏安全的。如工程所在地地震波传播速度不大,可以适当考虑行波效应,以使结构设计更趋科学合理。     

强震下网壳结构性能的多模态整体损伤演化

在已有宏观地震整体损伤模型基础上,借助线性模态置信准则(英文简称LMAC)来考虑强震作用下网壳结构体系中普遍存在的模态跃迁现象,并结合网壳结构振动特性,给出了模态损伤贡献因子取值为1.0的简化模态损伤计算模型,结构整体损伤则由各阶模态损伤依据模态损伤独立性假设来进行组合得到。在将该模型应用于强震作用下某一算例施威德勒单层网壳结构的损伤演化规律分析与数值验证中发现,当认真处理好模态匹配和高阶模态对损伤的贡献度时,得到的损伤指数更符合通用正S型损伤发展规律,且与三条地震波作用下网壳结构增量动力分析(IDA)得到的特征响应,尤其是最大节点位移曲线吻合较好。此外,简化H2损伤模型不仅能够量化初始缺陷对结构整体初始损伤的影响,而且能够揭示初始缺陷对结构损伤影响的多模态特性。尽管计算结果与地震波的选择存在较大的关联,但是对应于各个特征点损伤数值却显示出较好的一致性。     

基于模态综合法和模态叠加法的密集模态结构响应重构

提出一种基于模态综合法和模态叠加法的密集模态结构响应重构方法,通过两次坐标变换将全结构缩聚为自由度更少的超单元模型,将超单元模型的模态分为密集模态和剩余模态。通过经验模态分解法分离出已知响应中单阶的剩余模态响应,进而重构出待测位置的剩余模态响应,待测位置的密集模态响应可由模态振型和剩余模态计算得到,通过模态叠加法实现在密集模态下的时域响应重构。进行了数值模拟研究,将待测位置响应的理论值与重构值进行比较以验证该方法的精度和效率,此外还详细研究了主模态数量、子结构划分方式、测量噪声和阻尼对重构结果的影响。结果表明：该文方法通过模型缩聚大大减少了重构的数据量,并且改善了传统EMD方法不能分离频率间隔较小的模态而无法实现响应重构这一不足,无论密集模态存在与否都可适用于结构的应力、应变、位移、加速度等多种动力响应的重构。     

一般线性粘弹性阻尼器耗能结构瞬态响应的非正交振型叠加精确解

对一般线性粘弹性阻尼器(含线性橡胶隔震支座)耗能结构的非正交振型叠加精确解法进行了系统研究。首先采用最一般的线性粘弹性阻尼器的积分型精确分析模型,用微分积分方程组实现一般粘弹性阻尼器耗能结构的时域非扩阶精确建模;然后采用传递矩阵法,直接在耗能结构原始空间上获得了一般线性粘弹性耗能变频结构在任意激励和非零初始条件下位移与速度时域瞬态响应的非正交振型叠加精确解;通过与3种典型结构的对比分析,验证了该精确解的正确性、简易性和普适性。该非扩阶精确解具有明确的物理意义,可视为现有比例粘滞阻尼定常结构的经典正交振型叠加精确解在一般线性粘弹性阻尼耗能变频结构的推广,能从本质上精确揭示耗能结构的振动机理,即尽管耗能结构的振型不具有正交性,但耗能结构响应仍然可精确分解为各振型响应的线性组合。此振动机理将为建立耗能结构精确的振型分解反应谱法提供分析路径,同时可将现有用于一般粘滞阻尼定常结构的参数识别、动力修改、最优控制及优化设计等方法推广到一般粘弹性阻尼变频非定常结构。     

多向地震耦合作用下高耸结构土-结构动力相互研究

研究了水平地震与竖向地震耦合作用下,考虑土-结构相互作用以及二阶效应对结构反应的影响。采用集总参数法,推导了结构在竖向地震和水平地震作用下的运动方程,对某高层建筑的地震反应进行了数值分析。结果表明:考虑土-结构相互作用使结构周期延长,变形增大;竖向地震作用使结构的地震反应有不同程度的增加;考虑二阶效应后结构的位移反应以及层间剪力增加。故在设计建筑在软土地基上的高层及高耸结构时,应该考虑结构的重力二阶效应,考虑其对结构的整体稳定性的不利影响。     

混凝土多孔砖砌体房屋抗震可靠度分析

通过对混凝土多孔砖砌体房屋结构的抗震可靠性研究,提出了基于概率地震烈度所对应的地面运动加速度峰值分布的可靠度计算公式和采用将各烈度地震对应的峰值加速度概率进行离散化处理的方法,基于作者早期的混凝土多孔砖墙片试验的结果推导出该结构水平最大位移和累积能量耗损的双参数破坏准则,分析了混凝土多孔砖砌体房屋结构在不同地震设防区的抗震安全性能及其影响因素。