大跨度空间结构多维多点非平稳随机地震反应分析

对大跨度空间结构进行三向正交地震动多点激励下的非平稳随机地震反应分析。建立了多维多点随机非平稳地震动激励下的地震反应分析方法,并针对大跨度空间结构引入了波前法进行简化计算。数值仿真分析了天津奥林匹克中心体育场屋盖结构分别在一维随机地震动或三维随机地震动的一致激励、行波激励以及考虑部分相干效应和地震非平稳性的多点激励下的地震反应,结果表明:考虑地震动空间效应会使结构控制杆件内力增大约30%;考虑部分相干效应会使结构杆件内力变化约10%;考虑多维地震输入会使结构控制内力增大约15%;考虑地震动的非平稳性会使结构杆件内力减小约35%。由此可以得出结论,对于大跨度空间结构的地震反应分析,必须考虑地震动的多维输入和多点激励;然而不考虑地震动的非平稳性,其抗震设计偏于安全。     

大跨拱桥三维多点随机地震响应分析

对大跨度钢管混凝土拱桥进行三维正交地震动多点激励下的平稳随机响应分析.建立了跨径308m中承式钢管混凝土拱桥的精细有限元模型,采用多维多点平稳随机地震响应分析方法,数值仿真了该拱桥在一维P波、一维SH波、一维SV波多点激励下的地震响应以及考虑互谱的三维多点激励地震响应,研究了三维地震动、行波效应和部分相干效应对拱肋内力的影响.数值分析结果表明:考虑地震动的空间效应对拱肋内力有很大改变,地震动的行波效应对拱肋内力的影响比部分相干效应的影响更大,三维地震作用比单维地震作用的拱肋内力有较大增幅.对大跨度钢管混凝土拱桥,必须进行多维多点地震激励的响应分析,否则有可能严重低估结构的地震设计内力.     

特大型桥梁桩基完全非平稳随机地震反应分析

考虑地震动的随机性及频率和强度非平稳性,利用作者所提出的基于强度和能量控制的随机地震动模型,建立了非平稳随机地震反应分析方法。以某特大型桥梁群桩基础为研究对象,将群桩-土-桥墩结构体系作为一个整体进行了特大型桥梁桩基非平稳随机地震反应分析。首先,基于目标加速度时程的强度和能量信息确定了作为输入的加速度时-频演变功率谱密度;其次,分析了非平稳随机过程激励下自由场和桥梁桩基相互作用体系的地震反应,探讨了非平稳随机过程激励下的群桩-土-桥墩结构动力相互作用;最后,通过比较强度非平稳随机过程和完全非平稳随机过程激励下桥梁桩基相互作用体系的地震反应,探讨了频率非平稳性对相互作用体系地震反应的影响。     

地震动空间变化效应对大跨度桁架拱反应的影响

研究地震动空间变化效应对实际的大跨度桁架拱结构地震反应的影响,进行了空间变化地震动激励下结构反应的详细数值模拟。考虑了由行波效应、部分相干效应和局部场地效应引起的地震动空间变化。分析了地震动不同行波波速、相干损失和局部场地条件对结构地震反应的影响。在数值计算中,基于经验相干损失函数和《建筑抗震设计规范》定义的反应谱模拟了空间变化地震动。研究结果表明,引起地震动空间变化的每一个因素对桁架拱结构的反应都有重要的影响,在分析中忽略地震动空间变化效应可能低估该类结构的地震反应。为了准确评估结构反应并更好地进行大跨度桁架拱结构的抗震设计,模拟可靠的空间变化地震动十分必要。所获得的结果可为桁架拱结构的实际设计提供参考。     

基于反应谱的土与结构相互作用体系非平稳随机地震反应分析

提出了分析土与结构相互作用系统随机地震响应分析的反应谱方法,考虑地震激励的非平稳性,假定地震激励为等效平稳随机过程,根据线性时不变系统对随机激励的传递关系,利用规范中的标准反应谱,确定系统非平稳响应的统计量。实际算例表明所提出的方法与震灾情况具有较好的一致性。     

地震动空间变化对高压输电塔线体系地震反应的影响

通过数值模拟研究了地震动空间变化对高压输电塔线体系地震反应的影响。建立了输电塔线耦联体系三维有限元模型,考虑了输电线的几何非线性特征;在考虑地震动的行波效应、部分相干效应和局部场地效应以及多维性基础上,依据功率谱密度函数、相干函数和《电力设施抗震设计规范》模拟了空间变化地震动时程;分别研究了地震动空间变化的行波效应、部分相干效应和局部场地效应对输电塔线体系地震反应的影响。研究结果表明,地震动空间变化对输电塔线体系地震反应影响显著,忽略这些因素将会低估结构的反应。因此对于输电线路实际工程的抗震设计,需要考虑地震动空间变化效应的影响。     

高耸柔性建筑结构非平稳非线性动力方程统计线性化分析的等效参数计算

采用统计线性化分析方法,研究了高耸柔性建筑结构在非平稳地震激励下考虑几何非线性效应时等效参数的计算方法,推导了等效参数阵以等效参数向量的有限单元计算表达式,解决了统计线性化分析方法应用于大型复杂结构非线性随机响应分析的关键问题,并采用迭代的计算方法对洛阳电视塔结构的非零均值非平稳时变系统的响应进行了计算。     

地震动多点激励下大跨空间网架结构的反应分析

基于直接输入位移法建立了多点激励时程分析模型,采用三角级数法模拟生成满足给定的相干函数和规范反应谱的非平稳空间地震动。选取大跨度柱支承空间网架结构为研究对象,分别进行了结构在地震动一致激励、行波激励和多点激励作用下的动力反应分析,对其进行了比较研究。分析结果表明:在水平地震动多点激励作用下,与一致激励相比,上部结构控制杆件轴力和柱顶位移的幅值变化与地震动作用方向有关,地震波先到达的下部支承柱结构的内力反应增大;在竖向地震动作用下,结构在多点地震激励下的反应明显大于一致激励。网架结构在多点地震动激励下与行波激励下的反应结果变化规律相似,多数情况下行波激励得出偏于不安全的结果。因此,忽略地震动的空间变化会严重低估大跨度空间网架结构的反应。     

多维地震下双塔楼结构框架梁行波效应分析

考虑水平向和竖向地震波的行波效应,对北京LG大厦进行了时程分析,给出了该结构典型梁的内力信息并与在一致激励下的地震反应进行比较分析,探讨了这些梁截面的地震内力在地震行波作用下的变化规律。在进一步分析结构静力反应的基础上,分别得出结构在一致地震和行波地震作用下的抗震设计内力值,考察它们之间的差异,分析了不同的地震激励方式对结构抗震设计的影响,得出了一些有工程实践意义的结论。     

基于改进Bouc-Wen模型的非线性结构非平稳随机地震响应分析

实际的地震记录表明,地震作用是一个明显的非平稳随机过程。在强震作用下,结构会出现滞回非线性,甚至表现出退化特性。考虑此,采用可以模拟结构退化及捏拢效应的改进Bouc-Wen模型来模拟地震作用下结构的滞回行为。基于等价线性化法,建立了非平稳激励下改进Bouc-Wen系统随机响应的求解过程,同时采用Monte Carlo法验证其准确性,并分析了激励强度、退化程度、捏拢效应等参数的影响。以一木排架结构为例,分析了木排架结构在非平稳地震动作用下的随机响应。结果表明:激励强度越大,系统位移均方根和累积滞回耗能均值越大;退化效应使系统的位移均方根明显增加,但对累积滞回耗能均值影响不大;捏拢效应显著增加了系统的位移均方根,但降低了系统的累积滞回耗能均值;另一方面,计算结果显示退化和捏拢效应使得响应偏离高斯分布的程度有所增加,进而使得等价线性化法的计算误差有一定的增加。     

多点地震激励下大跨连续钢构桥易损性分析

针对地震动存在行波效应、场地效应、不相干效应等因素,分析大跨连续钢构桥在一致地震激励输入响应时结构内力和变形会被偏估问题,考虑结构及地震动不确定性,采用蒙特卡罗方法建立一致激励与多点激励两种工况下大跨连续钢构桥-地震动系统随机样本。以桥墩位移延性比表示桥梁破坏状态阶段,对桥梁易损性进行分析,给出大跨连续钢构桥结构的易损性曲线,得到同样程度破坏的多点地震激励与一致地震激励下加速度峰值关系。     

地震空间变异性对车桥系统响应的影响分析

该文研究地震空间变异性对车桥动力相互作用的影响.依据场地特征,采用基于谱理论的无条件模拟方法产生非平稳的多点地震加速度时程;使用临界阻尼振子形式的高通滤波器对其修正,进而得到满足一致化要求的地震记录.影响空间变异性的因素均能够在该地震记录中得到充分反映.推导了绝对坐标系下考虑地震作用的车桥系统运动控制方程;其中,地震激励以位移时程形式作用到桥梁结构上.最后,选取8 节车辆编组的高速列车通过3 垮钢桁拱桥作为研究对象,分别进行了在地震动行波激励以及完全空间变异性激励作用下的动力响应分析;并将结果进行了对比.数值分析结果表明:车桥耦合动力分析中输入地震动需要考虑完全空间变异性的影响,这才能保证所有分析车速范围内车辆响应结果偏于安全.     

地下管线在空间随机分布的地震作用下的反应

强震作用下地下管线地震反应计算以往多采用波动法求解。这种方法假定地震波为一行进波,沿管线的轴向或成某一角度传播,它只能求得地面运动的相位差引起的管线的变形和内力。有些文献将地震地面运动假定为空间变化的平稳随机过程,用随机振动理论求得管线的地震反应,但不能反映地面运动的非平稳性对管线地震反应的影响。而地面运动的非平稳性,特别是时域非平稳性很可能是产生地下管线变形和内力的最重要原因。根据地面运动的统计模型生成管线轴线上各点的地面运动时程,用级数解法求管道的地震反应。由于这种方法能较好地反映地面运动的时域非平稳性,所以得到的计算结果更真实。     

Non-stationary stochastic vector processes: seismic ground motion applications

A spectral-representation-based simulation algorithm is used in this paper to generate sample functions of a non-stationary, multi-variate stochastic process with evolutionary power, according to its prescribed non-stationary cross-spectral density matrix. If the components of the vector process correspond to different locations in space, then the process is also non-homogeneous in space (in addition to being non-stationary in time). The ensemble cross-correlation matrix of the generated sample functions is identical to the corresponding target. For the important application of earthquake ground motion simulation, an iterative scheme is introduced to generate seismic ground motion time histories at several locations on the ground surface that are compatible with prescribed response spectra, correlated according to a given coherence function, include the wave propagation effect, and have a specified duration of strong ground motion. Three examples involving simulation of earthquake ground motion are presented in order to demonstrate the capabilities of the proposed methodologies. In the first two examples, acceleration time histories at three points on the ground surface are generated according to a prescribed cross-spectral density matrix, while in the third example, the acceleration time histories are generated to be compatible with prescribed response spectra.     

Nonstationary response analysis of suspension bridges for multiple support excitations

A method for the nonstationary response analysis of suspension bridges subjected to earthquake ground excitations at multiple supports is developed. The equation of motion is formulated for the vertical motion of the bridge girder using a continuous co-ordinate system. The nonstationarity of the earthquake excitation is modeled by utilizing a time-varying envelope function. The correlation effects between ground excitations at different supports are investigated, for various cases of traveling seismic waves with different wave propagation velocities. The non-stationary responses are obtained in terms of time-dependent variance functions. Expected peak responses are also evaluated, thereafter. Numerical results from the example analysis indicate that the correlation effects between different support excitations are very significant on the response of the suspension bridge.     

地震作用的相关性对结构瞬态响应的影响

地震作用一般分解为水平运动分量和竖向运动分量,在这两个运动分量的作用下,结构发生大变形时,可能会经历由地震运动分量演变的外部激励和参数激励过程。由于运动分量间的相关性,推导出实际上这两个激励过程也是相关的,而且是完全相关的,但在过去的研究中,为了简化分析,常常假设这两个激励过程是完全独立的。该文以高斯白噪声和过滤高斯白噪声过程模拟地震动过程,以某一单层框架结构为研究对象,采用累积矩截断法,分析高斯白噪声和过滤高斯白噪声这两种地震动激励下单层框架结构的非平稳地震响应。同时考虑地震动分量间的相关性,得到更为精细化的结构随机地震响应,并分析这种相关性对结构响应的影响。结果表明:将地震动作用模拟为更接近实际的过滤高斯白噪声过程时,地震作用相关性对结构响应的影响更为明显,更为不可忽略。     

与已知场点相关的地震动场模拟研究

提出了一种与已知场点相关地震动场模型。将工程频段(0~25 Hz)分成若干个互不重叠的子段,在每个子频段内将地震动看作面波和体波的叠加;其次在每个子频段内确定影响合成地震动幅值谱的关键因素并将其引入模型中,使每个子频段的合成地震动幅值谱、功率谱和已知幅值谱、功率谱一致;再次由相位差谱频数分布与地震动强度包络的相似性,将决定地震动强度非平稳的关键因素即相位差谱引入到模型中,使合成地震动和已知地震动波形相似;最后,由模型中的频散曲线和距离参数描述不同场点之间的相干性,将合成地震动扩展到地震动场模型。El Centro地震波场点地震动场算例表明,模型不仅可以实现合成地震动场功率谱和已知场点完全一致,而且相干性合理,可以用于工程分析。