刚性连体位置对非对称双塔连体结构动力可靠度的影响

考虑地震动的非平稳性,变化连体位置,对非对称双塔连体结构运用虚拟激励法进行非平稳随机激励下的动力可靠度研究。采用刚度退化的 Bouc-Wen 模型模拟塔楼各楼层的滞变特性,建立非线性化动力方程。运用混合精细积分法对每一时刻的响应进行求解,得到连体位置变化时非对称连体结构在非平稳随机激励下的时变方差。基于首次超越破坏准则与 Markov 假定,研究非平稳随机地震激励下连体结构的动力可靠度。运用上述理论,在8度罕遇地震作用下对某非对称双塔连体结构进行随机地震响应与动力可靠度分析。研究结果表明,地震作用下结构的层间位移响应呈现强烈的非平稳性,变化连体位置对连体结构的随机地震响应与动力可靠度将产生显著影响。     

考虑地震非平稳性的隧道纵向抗震可靠度分析

考虑地震运动的非平稳性,将沉埋隧道地震反应分析的数学模型应用于隧道纵向随机地震响应及其抗震动力可靠度分析。从有限元动力分析的基本原理出发,利用脉冲响应函数和傅立叶变换原理,结合随机振动理论,研究了将地震荷载作为非平稳随机过程时隧道纵向随机地震响应及其抗震动力可靠度分析方法,建立了地下结构随机地震响应数字特征及其抗震动力可靠度的计算表达式。以南京长江越江隧道初步设计方案(沉管段)为例,计算了其在非平稳随机过程地震动作用下的动力反应均方根值和纵向抗震动力可靠度,并研究了管段接头的抗震可靠度。     

弱连体结构非平稳随机地震响应与动力可靠度分析

弱连体刚度小,地震作用下不能协调塔楼振动且受力不利。考虑地震动的非平稳性,运用虚拟激励法对耗能阻尼减震柔性连接与非减震刚性连接的弱连体结构在非平稳随机激励下的地震响应进行研究。采用Bouc-Wen模型与刚度退化的Bouc-Wen模型分别模拟连体滞变特性与塔楼各楼层的滞变特性,建立弱连体结构非线性化动力方程。运用混合精细积分法对每一时刻的响应进行求解,得到弱连体结构在非平稳随机激励下的位移、速度时变方差。基于首次超越破坏准则,研究非平稳随机地震激励下弱连体结构的塔楼与连体的动力可靠度。运用上述理论,分析某高层双塔连体结构在8度(0.2g)多遇、罕遇地震作用下的随机地震响应。研究结果表明,高层双塔连体结构的层间位移响应呈现强烈的非平稳性,地震作用下耗能阻尼减震柔性连接对提高连体结构的动力可靠度效果明显,表明耗能阻尼减震连体方案为弱连体结构设计推荐方案。     

地震作用下渡槽结构动力响应与抗震可靠度分析

基于谱表示-随机函数方法和概率密度演化理论,应用一类非平稳地震动加速度过程的演变功率谱模型,在ANSYS中实现了地震动过程的数值模拟,并对渡槽结构进行了地震动作用下结构动力响应和抗震可靠度的分析。结果表明,采用概率密度演化理论的方法能够较为准确的分析出渡槽结构在非平稳地震动作用下的动力响应特性,为渡槽结构抗震设计更加精细化奠定了基础。     

高层隔震结构非平稳随机地震响应与动力可靠度分析

考虑地震动的非平稳特性,运用虚拟激励法对高层隔震结构在非平稳激励下的随机地震响应进行研究。采用Bouc-Wen模型与刚度退化的Bouc-Wen模型分别模拟隔震层与上部楼层的滞变特性,建立高层隔震结构的非线性化运动方程。运用精细积分法对每一时刻的响应进行求解,得到高层隔震结构在非平稳地震激励下各楼层响应的时变方差。基于首次穿越准则,研究非平稳随机地震激励下各楼层与结构整体的可靠度。运用上述理论,分析某高层基础隔震结构在8度与9度罕遇地震作用下的随机地震响应,隔震后上部结构各楼层层间位移方差较非隔震结构大幅减小。研究表明：结构的位移响应呈现强烈的非平稳性,且具有明显的时滞现象;高层隔震结构在强震作用下各楼层可靠度较非隔震结构有很大的提高,说明高层隔震结构具有足够的安全性。运用可靠度理论进行分析亦能发现结构的薄弱部位,该方法对结构的性能设计与性态控制具有指导意义。     

地震诱发工程岩体结构面滑移概率分析

基于非平稳随机地震动模型,编制快速合成人工地震动的程序以实现对工程地震动的随机抽样。对工程岩体地震响应进行等效线性数值计算时,定义结构面的水平等效加速度(时程),将结构面水平等效加速度(时程)的最大值超过其屈服加速度(滑移阈值)作为岩体失稳的极限条件;基于地震动随机抽样和等效线性化时程计算,提出一种随机地震动作用下工程岩体沿结构面的滑移概率和稳定可靠度的计算方法。考察某工程岩体在附近3个潜在震源影响下的结构面的滑移概率和稳定可靠性。结果表明,震级相差不大时,远场地震诱发该工程岩体的失效概率小于0.01%;近场地震作用下,工程岩体的失效概率为26.1%。     

地下结构纵向抗震动力可靠度分析

将沉埋隧道地震反应分析的数学模型应用于地下结构随机地震响应分析,阐述了采用动力分析方法求结构体系的脉冲响应函数的原理和方法,采用傅立叶变换原理和随机振动理论,建立了地下结构纵向随机地震响应统计特征的数学表达式。将结构随机地震响应看成是1个泊松过程,建立了采用首次超越破坏理论计算地下结构抗震可靠度的数学公式。以南京长江越江隧道初步设计方案(沉管段)为例,计算了其在高斯平稳随机过程地震动作用下的动力反应均方根值和纵向抗震动力可靠度。为地下结构整体随机地震反应分析及动力可靠度的研究提供了一种分析途径,为以可靠性理论为基础的地下结构抗震概率设计规范的制订奠定了理论基础。     

地下结构随机地震响应分析及其动力可靠度研究

应用随机振动理论,采用概率分析方法初步研究了地下结构线弹性工作状态的地震随机响应及其地震动力可靠度,为地下结构抗振设计方法研究提供一定的理论参考。为此主要做了如下工作: (1) 将现有地下结构抗振计算原理和结构动力分析的脉冲响应函数原理结合起来,提出了地下结构地震动力响应计算的加速度脉冲函数法,推导了利用脉冲响应函数计算地下结构随机地震响应数字特征的数学表达式,提出了利用脉冲响应函数计算地下结构随机地震响应数字特征的分析方法。比较分析表明,脉冲函数法用于地下结构动力分析,具有计算精度高、计算简单的特点。 (2) 将日本田村重四郎-冈本舜三提出的沉埋隧道地震反应分析的数学模型应用于地下结构随机地震反应分析,利用数值分析方法建立了隧道整体随机地震反应分析的数学模型,得到了地下结构整体随机地震动力响应数字特征的数学表达式,为地下结构整体随机地震反应分析及动力可靠度的研究提供了一种分析途径。以南京长江隧道为例,计算了高斯平稳随机过程的地震荷载作用下该隧道整个长度上的动力反应均方根值。 (3) 利用Davenport公式计算了3种地震动模型的地下结构响应最大值的统计参数。计算结果表明,由弹簧质量模型算得的地下结构在地震作用下纵向振动和横向振动产生的纵向和弯     

巨-子型青控结构体系的抗震动力可靠度结构优化研究

利用地震作用下巨-子型有控结构的动力响应特性,基于复模态理论,推导了在随机地震激励下的均方响应表达式;采用变形准则定义了巨-子型有控结构的极限状态,根据首次超越机制,并基于串联可靠度模型建立了在给定地震动下的条件动力可靠度计算方法.通过一个巨-子型有控结构计算实例,证明此方法计算简单,易于工程应用.结果表明:附加柱是结...     

连接方式对高层连体结构动力可靠度影响研究

针对高层连体结构受力特点,采用串并联质点系层模型建立了5种连接方式下连体结构计算模型,探讨了不同连接方式下连体结构耦联特性;将状态空间分析法、Bouc-Wen模型等效线性化与虚拟激励法相结合,求解不同连接方式下连体结构的平稳随机响应;利用获得的随机响应并结合动力可靠度理论,详细讨论了小震、大震下高层连体结构的动力可靠度以及不同连接方式对结构在大、小地震功率谱作用下连体结构动力可靠度的影响规律。研究结果表明:耗能柔性连接方式在小震下对提高结构动力可靠度效果较明显;大震下连接方式对塔楼的可靠度影响不明显,但对连体可靠度影响较大;当采用非耗能连接方式连接时,随连体与塔楼连接方式增强对毗邻塔楼可靠度影响显著,分析了结果产生的原因,为实际工程应用和研究提供一些参考。     

碟形弹簧竖向减震装置的竖向地震反应分析

对河北理工大学研制的由碟形弹簧和粘弹性阻尼器组合而成的碟形弹簧竖向减震装置进行了力学性能试验研究,建立了恢复力模型。并以一个8层框架为例,对其竖向地震响应进行了时程反应分析,对比了隔震结构及其相应非隔震结构的动力特性,计算出罕遇地震作用下结构各层的最大加速度和位移。结果表明,该竖向减震装置能够起到有效减轻竖向地震动的作用。     

液化土中管道随机地震响应分析与可靠度评价研究

地震作用下饱和砂土液化会导致埋地管道上浮,引起系统功能失效。为探究液化场地中埋地管道的地震响应和可靠度水平,充分考虑地震动的随机性和非平稳性,提出了基于概率密度演化法和等价极值分布的概率分析方法,从超孔隙水压力、加速度和结构位移变形三方面对埋地管道进行随机动力分析和可靠度评价。结果表明：地震动的随机性对埋地管道的动力响应有显著影响,传统的确定性分析方法可能会低估管道的地震响应,提出的分析方法能较全面地研究管道的上浮机理和可靠度水平;地震作用下,孔隙水压力上升,导致土壤有效应力下降,进而发生土壤液化是管道上浮的主要原因;两侧土壤向管道底部的挤压和指向管底的渗流压力进一步加剧了管道的抬升。最后,基于成灾机理研究了U型碎石排水对埋地管道的减灾效果和机理。提出的随机概率分析方法,可以对管道的上浮机理和可靠度做出较为准确的分析。     

近断层强震作用结构动力可靠度分析

近断层脉冲型地震动峰值参数在不同方位上差异明显,其最强脉冲能量所对应方位上的地震动时程对结构的破坏远高于普通的地震动记录。为此,分别利用蒙特卡罗模拟和子集模拟方法研究了单自由度系统和多高层框架结构在最强脉冲能量地震动输入作用下的动力可靠度,分析了随机脉冲模型参数的变异性对不同周期结构动力可靠度的影响。研究表明:脉冲周期、峰值地面速度和脉冲波数量对结构的可靠度影响较大,在动力可靠度和基于性能抗震设计等概率分析时需考虑其变异性。而随机脉冲地震动模型其他参数对结构的动力可靠度影响较小,可取均值,不考虑其变异性。对框架结构的动力可靠度分析表明,引起框架结构发生破坏的主要因素为低频脉冲的作用,而高频成分的影响较小。     

大型海上风力发电高塔随机最优减震控制

考察了基于结构动力可靠度的调谐液体柱形阻尼器(TLCD)参数优化设计方法,并用于风-地震联合作用及地震作用下海上风力发电高塔系统的随机最优控制。文中,采用Kane动力学-有限元一体化模型,建立了TLCD-结构整体系统方程。基于概率密度演化理论的极值分布方法,给出了基于可靠度的TLCD参数优化设计方法及程序解答。在数值算例中,采用随机谐和函数和物理随机风场模型分别模拟随机地震动和随机风荷载,通过对优化的受控系统进行随机反应分析与可靠度分析,比较了不同控制准则和约束条件下TLCD的减震控制效果。研究表明基于可靠度的随机最优控制方法是可行的。     

地下结构非平稳随机地震响应分析

从有限元动力分析的基本原理出发,利用脉冲响应函数和傅立叶变换原理,研究了将地震荷载作为非平稳随机过程时地下结构随机地震响应分析方法,导出了非平稳随机地震加速度作用下地下结构动力响应的数字特征计算表达式。通过算例分析了某一隧道在7度非平稳随机地震作用下的位移和应力均方根响应。     

基于振型叠加法的顺层边坡非平稳随机地震响应及动力可靠度分析

为研究非平稳随机地震激励下顺层岩质边坡的动力可靠性问题,采用振型叠加法和虚拟激励法,建立含多层软弱结构面的顺层岩质边坡非平稳随机地震响应的快速算法,根据响应结果,采用首次穿越破坏准则,进一步推导出非平稳地震下顺层岩质边坡动力可靠度计算的解析表达式.在此基础上,通过MATLAB软件平台编写相应的程序以实现计算数据和结果图...     

地震动非平稳特性对结构反应影响的试验研究

根据基于美国NGA数据库统计分析得到的地震动频率成分随时间的变化规律,人工拟合强度和频率非平稳特性程度不同的3组地震加速度时程作为输入,利用多子台振动台台阵系统对国家体育馆双向张弦梁结构屋盖模型(平面尺寸11.4m×14.4m)进行单向和多向地震输入下的动力试验,用于研究地震动非平稳特性对结构响应的影响。试验结果表明,结构响应随着地震动稳态持续时间的加长有增大的趋势,并且地震输入能量的集中,将可导致结构响应增大;地震动频率非平稳特性对结构响应的影响和频率随时间的变化有直接关系,后段周期明显长于前段周期的地震输入,对结构响应的增大效应比较明显。此外,地震动强度和频率非平稳特性对结构响应的影响规律对于不同的约束条件基本是一致的。     

使用黏滞阻尼器对某小学进行消能减震设计研究

以某位于8度抗震设防地区的小学为研究对象,研究了其在多遇以及罕遇地震作用下的结构动力响应及消能减震方案效果。按照规范要求,选取五条天然地震动和两条人工地震动,对结构进行弹性时程分析,通过对比多遇及罕遇地震作用下有控及无控结构的楼层剪力、层间位移角来分析消能减震方案的减震效果。结果表明,使用黏滞阻尼器可以有效控制结构在地震作用下的地震响应,提高了结构的可靠性,达到了预期的消能减震设计目标。     

岩石边坡随机地震响应及动力可靠度分析

地震动是个动态随机过程,而传统岩石边坡地震可靠性分析往往基于拟静力法,忽略了地震的随机性。现有基于数值分析软件的地震响应功率谱法虽可考虑地震随机特征,却相对费时费力。提出一种岩石边坡随机地震响应及动力可靠度分析方法。首先,运用虚拟激励法建立了岩石边坡随机地震响应的快速计算方法。根据响应计算结果,基于首次穿越破坏准则建立了岩石边坡动力可靠度计算方法。算例分析表明,本文随机地震响应快速计算方法简便可行,且具有较高的计算精度。本文动力可靠度计算方法低估了边坡的地震可靠性,能更真实地反映边坡在地震中的实际安全情况。地震作用下边坡可靠性受地震设防烈度、场地类别和地震时间的影响。而对于传统拟静力法,地震力仅根据设防烈度确定。因此,当对于不同的场地类别和地震时间时,本文动力可靠度计算法将更具优越性。     

非平稳地震激励下结构随机响应及动力可靠性研究

基于美国西部121条基岩强震加速度记录,采用Hilbert-Huang变换(HHT)生成能真实反映地震记录频率和强度双非平稳特性的非均匀调制演变功率谱,并用经验统计方法建立了根据地震矩震级、震源距预测演变谱的统计模型。运用虚拟激励法得到具有特定震级、震源距的演变功率谱作用下结构的非平稳随机响应特性,同时结合首次超越理论,分析了结构的动力可靠度问题,并且与仅具有强度非平稳特性的均匀调制地震随机激励作用进行比较,结果表明,在总能量相同的情况下,双非平稳功率谱的激励会使结构的响应更大,结构更容易失效。