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...     

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。     

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。     

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。     

网壳结构平稳与非平稳随机地震响应研究

对虚拟激励方法进行了研究,通过自编程序对单双层网壳的平稳与非平稳地震响应进行了分析,并列举一具体算例进行了说明,从而解决了网格结构中非平稳随机地震响应的问题,得出非平稳地震反应小于平稳地震反应的结论。     

土层非线性非平稳有效应力动力响应可靠度分析

在非平稳一致地震输入下对非线性土层进行了有效应力动力响应可靠度分析。通过虚拟激励法,将非平稳地震加速度功率谱密度作为基岩上的虚拟输入,并利用Hardin-Drnevich双曲线模型考虑土层的非线性特性,迭代计算得到土单元的剪切模量与阻尼比。在此基础上,运用有限元方法对土层进行了地震响应分析,通过比较4种方法获得等效峰值剪应力和剪应变来计算等效动力剪切模量和振动孔压。结果表明,采用基于概率平均法的插值方法与确定性分析所得的平均值较为接近,说明由于孔压的不断上升与土层有效应力的降低,可液化地基的地震响应变为非平稳随机过程。     

非平稳地震激励下结构动力可靠性方法对比研究

针对结构在非平稳随机激励下的动力可靠性问题,基于首次超越理论,现有的动力可靠性计算方法分为两类:基于跨越率的方法与基于极值的方法。基于跨越率的方法将动力可靠性表示为跨越率的函数,并采用虚拟激励法对非平稳随机激励下结构随机响应进行计算;而基于极值的方法的通过对响应极值的不确定性进行量化,采用子集模拟获得响应极值的概率分布来估计动力可靠性。通过数值算例,对比研究了两种方法在非平稳随机过程频谱特征和响应阈值两种因素变化下的计算精度,结果表明,基于跨越率的方法受到显著影响,而基于极值的方法始终保持较高的计算精度。     

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     

层间隔震体系随机响应的灵敏度分析

对层间隔震体系地震响应的参数灵敏度研究,其目的在于定量评估各种不确定因素对结构响应的影响程度,从而获得不确定性参数对体系的影响规律。基于层间隔震体系两质点简化模型,建立了以基底剪力方差最小为优化目标的参数优化方法,采用NSGA-Ⅱ优化得到层间隔震体系在不同质量比下的最优频率比和最优阻尼比;考虑层间隔震体系物理参数的随机性,分别分析了层间隔震体系在平稳随机激励下随机结构绝对加速度响应、相对位移响应的参数灵敏度。对随机参数灵敏度和变异系数的分析,从另一层面解释了不同层间隔震体系的运动机理,并得到结构不同随机物理参数对结构响应的影响大小,提供了随机参量变化对体系响应的重要性排序,为调整结构体系参数、控制响应提供依据,同时为层间隔震体系响应灵敏度的进一步研究奠定基础。     

带TMD的建筑结构非平稳随机地震响应计算

通过直接积分和模态叠加两种方法研究了带TMD结构均方非平稳随机地震响应的数值计算方法。应用非平稳随机响应问题的统一解法理论,并引入常用的微分方程数值积分Runge Kutta方法,解决了复杂的非平稳随机响应问题,计算实例说明了该方法的有效性。探讨了设计非平稳地震激励TMD结构参数的方法。     

大跨度空间结构抗震分析的非平稳随机振动时域显式法

大跨度空间结构自振频率高度密集,振型耦联作用明显,采用传统振型分解反应谱法计算结构地震响应时,存在振型组合数量大、组合方式不尽合理等问题。采用真正意义的随机振动方法计算大型复杂结构地震响应的需求越来越迫切。时域显式法基于动力响应显式表达式进行随机振动分析,具有良好的计算精度和计算效率,为大型复杂结构的随机振动分析提供了一条有效途径。以时域显式法为基础,在通用有限元软件平台上实现了大跨度空间结构在非平稳地震作用下的随机响应分析。以广州亚运会自行车馆抗震分析为工程应用实例,验证了时域显式法在大跨度空间结构抗震分析中的高效性;同时,计算结果还表明,相对于时域显式法的结果,传统反应谱法的计算结果偏于保守。     

单层球面网壳在多维地震作用下的随机响应分析

采用课题组推导的多维虚拟激励理论方法及自编计算机程序,对常用K6型单层球面网壳多维地震反应规律进行了系统研究。论文首先对功率谱计算时的参数取法进行了讨论,然后对单层球面网壳进行了大量多维与单维响应对比分析,考虑了矢跨比、荷载、跨度等主要结构参数影响,给出了主肋、环杆、斜杆在不同参数下多维与单维地震反应对比规律及数值范围。分析结果表明,网壳大量主要受力杆件三维地震内力远远大于单维地震内力,得出在网壳抗震设计中必须要进行三维地震作用分析的结论。本文结果为网壳工程设计提供了参考。     

大跨空间结构行波平稳随机地震响应

讨论了大跨度结构考虑行波效应时平稳随机地震响应的求解方法,通过算例讨论了行波效应对大跨度结构响应的影响,并得出了大跨度结构行波效应的影响与地震波传播速度的关系等结论。     

土-桩-结构相互作用体系非平稳随机地震反应分析

目前,有关土-结构动力相互作用问题的研究基本上多限于确定性的或平稳随机激励下的响应分析.文中基于某基岩加速度反应谱,利用文献[7]的方法求取基岩非平稳随机地震功率谱密度函数,采用有限元方法建立土-桩-结构相互作用体系的三维分析模型,对在非平稳随机地震激励下土-桩-结构相互作用体系进行了反应分析.首先对三种不同场地条件下的土-桩-结构相互作用体系进行了动力特性分析;然后,对在非平稳随机地震激励下桩基承台的反应和自由场反应进行了比较,给出了结构的位移功率谱响应结果.     

高层多塔连体结构连廊随机地震反应分析

在多点激励地震反应分析中,传统的随机振动分析方法存在数值积分耗时太长的问题。为了克服这一缺点,ANSYS通过对输入功率谱采用对数形式的分段线性表示,然后采用解析解积分方式进行随机振动求解,计算效率精确高效。采用该方法对一高位隔震多塔连体结构进行双向水平地震动作用下多点激励随机地震响应分析,并对空间变化地震动作用下连廊桁架杆件内力响应极大值的均值进行比较分析。分析结果表明:在水平双向地震动作用下,考虑行波效应和部分相干效应会使连廊杆件轴力有所增大,在设计时应引起重视。