部分观测下基于子结构的大型结构损伤诊断法

该文提出一种适用于大型结构在激励与响应部分观测情况下进行结构损伤诊断的方法。基于有限元模型,大型结构被划分成若干个子结构。相邻子结构间的作用,视为对子结构的“附加未知激励”。依次采用扩展卡尔曼估计和最小二乘估计识别扩展状态向量和未知外部激励,在子结构界面响应未观测的情况下,对各子结构的单元动力参数分别进行识别,并以追踪子结构内单元结构参数的变化,例如单元刚度的退化,对大型结构的局部损伤进行诊断。通过一个较大型的平面桁架桥的损伤识别数值算例,证实了该方法的可行性。与其他方法相比,提出的方法减少了对结构响应观测的要求。     

地震激励特性对隔振桥梁动力响应的影响研究

本文考虑承铅芯橡胶支摩和桥梁结构的非线性特性,把支座和桥梁当作一个整体考虑,建立了连续梁桥隔震全桥模型。通过输入不同特笥地震激励进行时程分析,对地震激励特性对铅芯橡胶支座隔震桥梁体系的地震响应的影响规律和特点进行了系统的研究。     

RC 隔震框架缩减自由度子结构耦合混合试验研究

本文提出基于 GPU 并行计算、缩减自由度及考虑隔震支座非线性耦合力学特性的隔震结构混合试验模拟方法,准确地评估地震作用下隔震层橡胶隔震支座与上部结构耦合的真实响应特点。通过数值模拟的方法对上部结构各楼层的恢复力性能进行分析,将上部结构简化为非线性 MDOF 剪切模型;结合隔震支座的拟静力试验建立考虑非线性耦合的隔震支座模型,得到该结构的缩减自由度子结构耦合混合试验数值模型,通过橡胶隔震支座的动力试验和子结构交互计算进行不同地震作用下 RC 隔震框架的混合模拟试验研究。试验结果表明：10 层 RC 隔震结构的混合试验中,隔震层变形与数值模拟计算结果吻合较好,利用混合试验方法对结构自由度进行缩减,既能较好地还原上部结构的动力特性,也能得到橡胶隔震支座在地震作用下的真实响应,且保证了较好的分析速度和精度。     

基于附加质量法的大型固定顶储液罐基底隔震分析

鉴于目前储液罐基底隔震研究多采用一维简化的Haroun-Housner模型,基于附加质量法,考虑液体对流质量和脉冲质量,建立储液罐三维简化的附加质量模型。通过分析比较相同地震激励下不同高径比储液罐罐的Haroun-Housner模型、附加质量模型和流固耦合模型的动力响应,验证了附加质量模型的合理性。针对某大型固定顶储液罐,基于此简化模型,基底引入FPS隔震支座,系统地研究了基底隔震储液罐在不同场地条件下的非线性地震动力响应。分析结果表明:FPS隔震支座对储液罐地震响应有很好的控制作用,有效地降低了液体脉冲分量的运动,避免了罐壁发生屈曲破坏,但放大了液体对流分量的运动。     

利用序贯非线性最小二乘技术识别隔震支座模型的参数

为了研究隔震橡胶支座的力学特性,采用简化的Wen模型分析隔震支座的非线性动力行为,并用实验方法测试得到了该模型的力学相关参数。鉴于该模型具有高度的非线性,传统的参数识别方法不再适用,根据非线性系统状态参数估计理论,利用序贯非线性最小二乘方法估计该迟滞模型的非线性参数。该方法具有输入量少、计算精度高、易于实现的优点。通过进行两种地震波激励下的振动台实验,分析结果表明,这种简化的Wen模型能够模拟隔震支座的动态力学行为,而且应用该方法得到的隔震支座的模型参数与实际值比较一致,从而证明了该方法在橡胶隔震支座检测和健康状态评估中的有效性。     

带预应力橡胶支座相邻隔震结构碰撞分析

普通橡胶支座(RB)隔震结构在强震作用下因水平位移过大而容易与相邻结构产生碰撞。应用非线性Hertz-damp碰撞单元,建立了带预应力隔震支座(PRB)的相邻结构碰撞模型,推导了其动力碰撞方程。在此基础上,研究预应力隔震支座对相邻隔震结构碰撞的影响,分析了其碰撞响应的影响因素。研究表明:与普通橡胶隔震支座相比,预应力橡胶隔震支座能有效减小隔震结构的水平位移,从而减小相邻结构的碰撞响应。     

多维地震作用下隔震桥梁地震反应（Ⅱ）——理论分析与试验结果比较

为了研究铅芯橡胶支座(LRB)隔震桥梁在双向水平地震激励下的非线性地震反应,首先用Bouc-Wen模型模拟水平正交两向作用力条件下LRB支座非线动力行为的双向恢复力特性.在此基础上,提出一种双向水平地震激励下多跨连续隔震桥梁的非线性地震反应分析模型以及求解方法,并通过隔震连续梁桥结构模型振动台试验证实了所建立双向多自由度计算模型的正确性,以及铅芯橡胶隔震支座两水平方向力变形相互耦合作用模型的合理性.因此,对隔震桥梁LRB支座进行设计时,建议考虑支座恢复力的相互耦合作用;多维地震动输入时,特别是竖向地震分量较大时,进行橡胶支座设计时应考虑铅芯橡胶支座上有竖向拉力产生的情况.     

SNLSE方法在橡胶隔震支座参数估计中的应用研究

应用简化的Wen模型分析橡胶隔震支座的非线性动力行为,并用试验方法测试得到GZN110型橡胶支座的相关力学参数。通过引入Newmark-β状态转换和分步求解未知参数的方法,使得序贯非线性最小二乘方法(SNLSE)只需测量加速度和激励信号就可以一次辨识模型的所有参数。该方法具有输入量少、计算精度高、易于实现的优点。以GZN110型橡胶支座为实例进行了白噪声、ElCentro地震波以及Kobe地震波激励的仿真和实验研究,结果表明,这种简化的Wen模型能较精确地模拟隔震支座的动态力学行为,应用序贯非线性最小二乘方法得到的隔震支座模型参数与实际值较吻合,而且隔震支座位移的辨识结果与实测值相当一致,证明该方法在橡胶隔震支座检测和状态评估中的有效性和精确性。     

基于振动响应的隔震支座的非线性建模及参数估计

为了研究隔震橡胶支座的力学特性,采用修正的Wen模型分析隔震支座的非线性动力行为,并用试验方法测试得到了该模型的相关参数.鉴于该模型具有高度的非线性,传统的参数识别方法不再适用,本文根据非线性系统状态参数估计理论,利用多项式一阶近似技术来代替EKF滤波技术中的求导线性化过程,估计迟滞模型的非线性参数.该方法具有运算简单、计算精度高、易于实现的优点.通过进行两种简谐激励下的仿真和试验,结果表明隔震支座的模型参数的递推结果相当可靠,从而证实了该方法在隔震支座检测和健康状态评估中的有效性.     

基于附加虚拟支座的结构损伤识别方法

本文针对土木工程中实测模态相对较少,很难进行大型结构的损伤识别的困难,提出附加虚拟支座的损伤识别方法。该方法利用约束子结构方法在结构上附加虚拟支座来增加结构形式的方法,增加识别模态的数量,从而实现结构的准确损伤识别。约束子结构方法的基本思想是通过响应的卷积组合为零将传感器转化为虚拟支座。将附加虚拟支座后的结构定义为虚拟结构,每个虚拟支座对应一个虚拟结构,那么在结构上不同位置附加虚拟支座,则可以获得多个虚拟结构的模态;联合所有虚拟结构和对应的频率即可准确快速的识别出整体结构的损伤。最后通过三层空间框架模型验证方法的有效性。     

未知激励下的无迹卡尔曼滤波新方法

无迹卡尔曼滤波（UKF）是一种识别非线性系统的有效方法,然而传统的UKF方法需要观测外部激励,这限制了UKF的应用范围。迄今为止,国内外对未知激励情况下的UKF方法的研究还非常少。该文在传统UKF的基础上,推导出在未知激励情况下的无迹卡尔曼滤波（UKF-UI）方法的递推公式,通过对观测误差的最小化,利用非线性方程求解,识别未知外部激励,进而识别非线性结构系统状态与结构未知参数。进一步采用融合部分观测的加速度响应及位移响应,消除识别结果的漂移问题。分别通过白噪声和未知地震作用下识别非线性迟滞模型的两个数值算例,考虑观测噪声对非线性系统进行识别,从而验证提出新方法的有效性。结果表明,该文所提出的UKF-UI方法,能够在部分观测结构系统响应的情况下,有效地识别非线性结构参数和未知激励。     

三维非偏心基础隔震结构非平稳随机振动分析

利用虚拟激励法和等效线性化技术,通过缩减等效线性化微分方程的数量,提出了求解三维有限元模型基础隔震结构非平稳随机响应的近似计算方法。计算中,假定隔震系统即使在受到大震激励时,其上部结构也依然处于弹性状态,塑性变形主要集中在隔震层处,隔震支座的本构关系采用Bouc-Wen模型描述。根据基础隔震结构响应的特点,假定同种类型支座相同方向滞迟变量大小相等,这样就可以显著减少参与计算的等效线性化微分方程的数量,降低微分方程组的阶数,提高了计算效率和精度。通过分析一简单的三维基础隔震的框架结构,验证了所提方法的正确性。该方法可以考虑不同类型隔震支座的差异性,方便地求得地震作用下各个支座的破坏情况,对于分析隔震支座在地震中的基础提离问题具有重要意义。     

三维地震下层间隔震高层建筑结构地震响应研究

实际地震具有多维特性,只考虑水平地震作用往往不够真实全面。基于此,建立某高层框架-核心筒层间隔震结构模型,在8 度罕遇地震下,输入一维、二维、三维地震,对设置传统水平隔震支座的层间隔震高层建筑结构,进行动力弹塑性时程分析。三维地震激励下,层间隔震高层建筑结构地震响应增大,采用传统水平隔震支座容易出现拉应力超限问题。针对边缘隔震支座出现的拉应力超限问题,设置三维隔震支座结构,并与传统水平隔震支座结构进行分析对比。结果表明：采用三维隔震支座后,解决了拉应力超限问题;结构的层间位移、基底剪力、楼层加速度均明显减少且结构核心筒损伤程度减轻,并且对竖向地震力也具有良好的控制效果,说明三维隔震支座隔减震性能优于传统水平隔震支座。     

LRB隔震桥梁空间变异性地震随机响应分析

对装有铅芯橡胶支座（Lead—Rubber—Bearing，LRB）的隔震大跨连续梁桥进行了考虑地震动空间变异性的随机响应分析。地面运动加速度功率谱模型为零均值的平稳高斯过程，描述为过滤白噪声施加于支撑各点。地震动空间变异性综合考虑空间不相干效应、行波效应和局部场地土效应。推导了LRB隔震结构多点激励运动方程，并运用随机等价线性化方法以计入铅芯橡胶支座（LRB）的滞回非线性性能。对一大跨LRB隔震梁桥进行了一致激励和综合考虑地震动空间变异性的三种工况计算，得到了各工况下响应的拟静力项、动力项和总响应项的各自最大值的均值，并进行了对比分析。结果表明，对于带有铅芯橡胶支座的减隔震大跨连续梁桥，多点激励效应不容忽视，一致激励会对结构产生不安全的估计。     

输入未知条件下基于自适应广义卡尔曼滤波的结构损伤识别

发展一种输入未知条件下的自适应广义卡尔曼滤波(Adaptive Extended Kalman Filter with Unknown Inputs,AEKF-UI)方法,在线复合反演系统参数与未知输入,结合基于改进粒子群优化算法的自适应技术实现系统时变参数追踪,进而识别结构损伤,包括损伤发生的时间、位置和程度。建立基础隔震结构实验模型及理论模型,其中隔震层的非线性动力学特性通过Bouc-Wen模型描述。对基础隔震结构进行振动实验研究,采用刚度元件装置模拟时间、位置和程度不同的结构损伤,基于测得的加速度响应和AEKF-UI方法进行实时系统参数与未知输入的同步反演。研究结果表明:在两种典型地震波激励下,AEKF-UI方法得到的识别值与参考值相一致,验证了该方法在系统辨识中的有效性和准确性。     

有限观测绝对加速度响应下剪切框架在未知地震作用下损伤诊断

针对框架结构的绝对加速度响应部分观测、地震作用未观测的情况,提出一种多层剪切框架结构诊断的方法。该方法先依次采用扩展卡尔曼估计和递推最小二乘对一层以上结构的扩展状态向量和未知作用力进行递推;然后利用结构频率特征方程,对第一层的结构参数进行估计;最后基于数值求解一阶微分方程,识别未观测的地震荷载。算例表明, 该方法能够很好识别出结构参数和地震输入,通过跟踪结构刚度参数的退化,对未知地震作用下结构损伤进行诊断。     

天然橡胶支座大变形压剪性能的双非线性超弹性理论和实验研究

基于非线性固体力学已经形成与材料微观结构紧密结合的发展局面,该文从微观上橡胶的超弹性本构方程出发,推导出单层橡胶内任一点的竖向应力满足调和函数,进一步对竖向应力积分得到单层橡胶的单轴等效弹性模量E c与纯弯等效弯曲刚度EcIs。将隔震橡胶支座等效为符合E c与EcIs的均质体,建立橡胶支座在两种外部荷载同时作用下,能宏观反映剪切变形与弯曲程度的偏微分平衡方程,并得到通用解答,解决了橡胶支座竖向与水平两种荷载耦合作用时大剪切变形的几何非线性问题。在此基础上,开展了足尺隔震橡胶支座压剪实验,依据实验剪切模量G和水平剪应变γ曲线,得到的支座水平推力F H和γ的实验曲线与理论曲线几乎完全重叠,即通过将材料非线性引入以上微分平衡方程,实现了超弹性橡胶支座大剪切变形的双非线性问题。通过以上解答,得到了隔震橡胶支座内力分布规律,对判断支座薄弱部位有明确的指导意义。随后,对隔震橡胶支座比较重要的两个特性(剪应变相关性,轴压力相关性)进行了对比分析,结果表明：随着轴力增大,橡胶支座的P-Δ效应并不明显,而橡胶内应力的变化不可忽视,同时,剪应变越大,压力相关性越强。可以采用该文的理论方法,通过传感器监测到...     

基于RSAPS平台的隔震单元模型EI北大核心CSCD

为实现对隔震支座力学特性的精细化模拟,基于前期建立的结构精细化模拟分析平台RSAPS,结合可以考虑水平双向耦合作用的Bouc-Wen模型和考虑竖向刚度变化的双弹簧模型,开发了隔震单元分析模块。该模块采用重叠面积法确定给定侧向位移下的临界荷载;根据支座是否具有各项同性特性,选取相应的加卸载判断条件。应用该模块分别模拟分析了铅芯橡胶支座双向位移控制试验、双向激励振动台试验和缩尺隔震桥梁振动台试验,结果表明,基于RSAPS平台所开发的隔震单元模块,可以有效模拟隔震支座的静、动力特性,且具有较高的计算效率,可进一步应用于隔震桥梁的地震响应分析。     

基于RSAPS平台的隔震单元模型

为实现对隔震支座力学特性的精细化模拟,基于前期建立的结构精细化模拟分析平台RSAPS,结合可以考虑水平双向耦合作用的Bouc-Wen模型和考虑竖向刚度变化的双弹簧模型,开发了隔震单元分析模块。该模块采用重叠面积法确定给定侧向位移下的临界荷载;根据支座是否具有各项同性特性,选取相应的加卸载判断条件。应用该模块分别模拟分析了铅芯橡胶支座双向位移控制试验、双向激励振动台试验和缩尺隔震桥梁振动台试验,结果表明,基于RSAPS平台所开发的隔震单元模块,可以有效模拟隔震支座的静、动力特性,且具有较高的计算效率,可进一步应用于隔震桥梁的地震响应分析。     

磨擦摆系统振动性态的进一步分析

基于摩擦摆（FPS）及其隔震剪切型结构的非线性振动微分方程,进一步研究了该系统的振动性状。利用平均法得到了FPS自治振动的一阶近似解。计算分析了FPS系统在简谐激励作用下的稳定性及恢复力特性。一个FPS隔震多层剪切型结构对三种水平地震作用响应的计算结果表明,尽管会引起结构的竖向附加振动,FPS仍具有良好的限位水平能力和隔离水平地震作用的效应。