随机地震荷载下非线性结构动力响应分析方法探讨

在随机地震荷载作用下，结构表现出非线性的滞回特性。研究随机地展下结构的非线性动力响应是进行结构可靠性评估的重要步骤。本文依据随机激励下非线性结构动力响应分析发展的经验，对几个关键问题进行探讨，提出了较为合理的理论和方法，并通过算例分析证实了所提方法的合理性和可靠性。1．王维结构的非线性恢复大姐型R运动方程对于非线性系统而言．恢复力不再是瞬时位移和速度的代数函数。近年来．国内外学者提出了多种恢复力模型。大多数模型能较好地模拟非线性结构的行为而且简单适用。本文采用光滑滞回模型t’］来模拟非线性系统的行…     

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。     

结构地震可靠度理论研究进展

较详细地介绍了地震危险分析、结构地震可靠度理论的发展和结构地震可靠度分析方法等 ,对几种主要分析方法作了较系统的分析和比较 ,并提出了目前研究中存在的问题 ,可供关心此方面进展的工程技术人员参考。     

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。     

考虑参数随机性的钢筋混凝土结构非线性地震可靠度分析

本文结合我国抗震设计规范,按双重随机振动模型建立了抗震结构在设计基准期内的地震可靠度分析过程及相应计算公式。以唐山新华旅馆为例,用非线性随机有限元法进行地震可靠度分析,预测结果与该结构的实际地震破坏情况吻合较好。     

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。     

结构随机响应分析及其动力可靠性研究现状及趋势

本文详细地阐述了极端环境下海洋平台结构随机振动响应分析及动力可靠性研究的意义、研究现状以及基本理论 ,并简述了作者在此领域所开展的主要研究工作。     

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。     

大型地下洞室群地震响应分析的动力子模型法

 水电站地下洞室群埋深大,在动力分析时若将模型建至地表将使网格规模庞大,不利于分析效率的提高。提出适合于大型地下洞室群地震响应分析的动力子模型法。该方法将大范围、粗网格的地下地震波动场计算与小范围、细网格结构动力计算分开,分别建立粗网格和细网格模型进行分析。首先,根据深部基岩的地震波传播特性,采用幅值线性折减的方法对地表加速度时程向基岩深处推算,得到在模型底边界的加速度时程,再输入模型可算得大范围的地震波动场。其次,把结构计算模型边界节点放入波动场计算模型中插值,可获得计算模型边界条件,最后,完成地震荷载的输入。算例表明,推算所得模型底部加速度时程考虑工程具体条件,比规范规定的单一折减系数更能反映实际工程的地下地震动特性。同时,在地下洞室的地震响应分析中,地震波过早被地表反射或不考虑地震波的反射,都会对计算结果造成误差,动力子模型方法能够在保证计算结果精确性的同时,使细网格的计算模型不建至地表自由面,可显著缩减网格规模,提升动力计算效率。     

一实际结构的随机地震反应分析

本文应用随机振动理论，对一实际非对称结构进行了多方面的地震反应分析，所得结果对工程设计有重要的参考价值。     

土层随机地震反应及动力可靠性分析

根据随机振动理论,研究了土层随机地震反应动力分析方法,介绍了场地土在动剪模量的变化分别为线性和指数时的动力方程的求解问题,分别给出了基岩输入地震加速度为白噪声和过滤白噪声时土层反应及各阶振型反应的统计参数,从而建立了可靠性分析的计算方法,并且对同一场地土采用两种动剪模量变化形式进行了自振频率的对比计算和动力可靠度计算。     

高地震烈度区岩体地下洞室动力响应分析

 考虑地震荷载特征及地下洞室的特点,利用动力时程分析法,对金沙江两家人水电站地下厂房洞室进行地震动力响应分析。研究自然地震波作用下,有无衬砌工况下的厂房洞室相对位移、点安全系数变化趋势,分析地震波穿越地下洞室时位移变化规律及厂房洞室衬砌抗震效果。结果发现：地震波传播除了受介质、结构面分布的影响外,还受岩体洞室面的影响,洞室自由面附近岩体的振动强度被放大;地下洞室断面质点最大相对位移、点安全系数波动规律与地震波谱相似;地下洞室壁及F4断层未出现较大永久性位移,处于弹性可恢复范围;施加衬砌后洞室的振动强度降低,洞室围岩刚度增大,其所承受的地震荷载亦随之增大,而位移减小,支护后洞室最大相对位移及永久性位移比无支护工况下分别平均下降10.88%和29.20%,洞室衬砌抗震效果良好。研究结果可为类似工程问题提供参考。     

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。     

地下洞室围岩可靠度的敏感性计算

综合考虑初始地应力、渗流荷载以及岩体材料参数的随机性,采用非线性有限元的初应力法,基于偏微分技术,模拟地下洞室施工开挖步序,提出了地下洞室围岩可靠度对随机因素敏感性的计算方法,并对某一实际工程进行了计算,可以看出不同因素对围岩可靠度影响的差别很大。     

浅埋地下结构中柱动力响应研究

阪神地震中地铁车站遭受了严重破坏。破坏基本都是由于中柱坍塌引起的,这表明中柱是浅埋地下结构抗震的薄弱环节。运用有限差分软件FLAC对地下结构中柱的内力进行静、动力分析,并对北京地区典型的地铁车站结构缩尺模型在地震作用下的中柱动力响应进行振动台试验验证,揭示中柱受地震力破坏的机理,为地下结构抗震设计提供依据。     

地下结构动力响应的复合参数识别研究

在地下结构的动力分析中,通常将结构周围土体的约束简化为作用在结构上的弹簧和阻尼器,针对剪切型地下结构和一般多自由度地下结构分别提出了识别结构参数和周围土体附加参数的方法。通过建立系统的时域运动方程,剪切型模型结构的参数和其周围土体的附加参数可被同时识别;而对于一般的多节点有限元模型结构,则采用两阶段法识别。首先通过建立不含附加参数的运动方程来识别结构参数,然后把识别得到的结构参数代入到包含附加参数的运动方程来识别附加参数,最后通过数值算例说明了所提出的识别算法的可行性。     

滑移隔震结构的动力特性及地震反应

提出了既能正确反映摩擦力特性又便于编程的连续型指数摩擦力模型;利用Poincare映射法研究地面谐运动下滑移隔震结构的周期响应,并发现结构将表现为对称性破裂分叉、振幅跳跃、基底爬行等非线性特征;利用高精度的精细时程积分法,计算滑移隔震结构的地震响应,绘制了上部结构动力系数反应谱和基底最大滑移量反应谱;对计算实例的分析发现,地震作用下滑移隔震结构的层间最大剪力和最大绝对加速度反应分布较一般传统结构有很大区别.     

城市垃圾填埋体的动力特性及地震响应

结合某垃圾填埋场工程 ,利用表面波频谱分析法 (SASW )测试垃圾填埋体的剪切波速 ,得到了用于静动力响应分析的填埋体参数。在假定地表降水入渗为填埋场垃圾土体唯一补给来源的前提下 ,提出了确定浸润线自由面的方法 ,通过静力和动力有限元计算 ,对某填埋场边坡进行了稳定分析。对最危险滑动面的位置分析后发现 ,在地震过程中 ,滑动面的位置比较集中。在此基础上 ,对Newmark方法进行了改进 ,采用圆弧滑动面 ,得到了填埋场在地震作用下的永久位移。实例分析表明 ,垃圾在填埋过程中的初始压实 ,对埋场的地震稳定具有重要意义。     

随机结构的非线性动力反应分析

提出了随机结构非线性动力反应分析的概率密度演化方法.根据结构动力反应的随机状态方程,引入扩展状态向量,建立了随机结构非线性动力反应的概率密度演化方程.以单自由度保守系统的非线性自由振动为例,分析了反应的概率密度演化.研究表明随机结构非线性动力反应概率密度具有典型的演化特征,通过与精确解答和Monte Carlo分析结果的对比表明本文建议的概率密度演化方法具有良好的计算精度和较小的计算工作量.     

巨型框架结构体系的动力特性及地震响应分析

采用大型有限元软件ANSYS对巨型框架结构进行了动力时程分析,讨论了不同主次框架刚度比下巨型框架结构的动力特性及地震响应。计算结果表明,钢筋混凝土巨型框架在地震作用下的侧移曲线为弯剪型;主次框架刚度比对巨型框架弹性地震反应有较大影响;结构的高阶频率对结构有一定影响,当与地震波卓越周期相近时可能会发生类共振现象。计算结果对巨型框架结构的抗震设计有较大的参考价值。