不同场地类别减震性能曲线研究EI北大核心CSCD

根据不同场地类别建立减震性能曲线克服了地震波减震性能曲线存在差异的问题,对减震结构的简化设计与分析具有重要意义。在单质点体系简谐激励下,以位移减震率η_(d)与加速度减震率η_(a)解析表达式为基础,以特征周期为依据对大量地震波进行场地分类,并对所有不同场地类型地震波进行时程分析,作出可用于各类场地地震波的减震性能曲线,考虑了场地特征周期对减震性能曲线的影响,从而确定用于计算弹性时程下减震结构的位移与加速度减震率拟合公式;在此基础上又建立了考虑结构非线性状态减震性能曲线,曲线表明增加阻尼比虽然能降低结构的塑性率,但降低效果有限,且塑性率越大,增加阻尼比的减震效果越不明显。该研究扩展了减震性能曲线的应用范围,为减震结构的性能化设计提供了重要依据。     

桥梁单墩不同侧向力分布模式Pushover分析方法

Pushover分析使用一定分布模式的递增水平侧向力代表地震作用下结构惯性力的分布,分布模式的不同会直接影响Pushover分析的结果, 尤其是结构高阶振型影响显著时,因此侧向力分布的选取是Pushover分析中的一个关键问题。本文通过选取7条强震地震波,对比了典型地震波下非线性时程分析（IDA）和采用4种不同侧向力分布模式的Pushover分析的15m、30m和60m墩的地震反应。并从总体、构件和截面三个层面对各种模式Pushover分析进行评价,分析其适用性。研究表明结构进入非线性和高阶振型影响显著时,自适应侧向力模式较其他模式Pushover分析结果更接近IDA分析结果。     

基于惯容器的轨道车辆悬挂系统性能研究

建立了轨道车辆"惯容器-弹簧-阻尼"(Inerter Spring Damper,ISD)悬挂结构垂向振动的动力学模型,采用强迫振动理论进行了振动响应特性以及隔振性能分析。研究发现:ISD结构的振幅、振幅放大因子、速度放大因子和加速度放大因子相对质量比存在极小值点,此最优质量比是频率比和阻尼比的函数;阻尼比和质量比建议取值范围为ξ0.2及0.1μ0.3,此时隔振性能可得到最大程度提升;质量比越大,相位差越小。推导了临界频率比、共振点频率比与质量比的关系,质量比越大,临界频率比和共振点频率比越小,共振点处的振幅放大因子以及共振区宽度也明显减小。该结果对轨道车辆ISD悬挂结构的减隔振性能分析和轻量化研究提供了一种新的思路,并对ISD结构设计中关键参数的选取提供了参考。     

利用有限元法与打靶法的纵横耦合轴系主共振分析

在考虑Von Karman非线性位移-应变关系下,利用Hamilton原理与有限元方法建立了轴系纵横耦合非线性动力学模型,推导了其非线性刚度矩阵。结合打靶法研究了轴系在外激励下的横向主共振响应及其稳定性。探讨了激励载荷、阻尼比以及细长比对轴系纵横耦合效应的影响。研究表明:纵横耦合效应呈"硬弹簧"特性,使幅频响应曲线向右倾斜;在某些激励频率处,幅频响应曲线上存在多个稳定解,从而使幅值出现跳跃现象;激励载荷越大,阻尼比越小,细长比越小,系统纵横耦合效应越强;增加阻尼比可以有效抑制纵横耦合非线性效应,提高轴系的稳定性。分析结果对轴系的设计有指导意义。     

参数激励非线性压电梁的振动稳定性

研究了参数激励压电梁的振动稳定性,考虑非线性阻尼的影响,采用Hamilton变分原理推导结构运动方程,采用多尺度法求解稳态响应幅值。通过数值算例分析了电压、轴向力以及非线性阻尼等因素对定常解稳定性的影响。通过分析可见,外加电压与压电层上下表面电势差的差值△V主要影响自变量σ／ω的取值区间,对定常解的稳定性影响较小;梁所承受的轴力越小,定常解稳定区间越大;非线性阻尼的常数项和二次项系数越大,定常解稳定区间越大。     

SV波斜入射下河谷地形地震动分布特征分析

基于黏弹性边界结合等效荷载的输入方法,实现了平面SV波斜入射的地震动输入。研究了SV波入射角度和河谷斜坡坡度对河谷场地地震动放大系数分布特征的影响。结果表明:地震波入射角度和斜坡坡度越大,斜坡坡面以及坡顶平台一定范围内的地震动放大系数越大,坡顶平台的影响宽度也越大;地震波从左侧倾斜入射时,河谷两岸地震动放大系数呈不对称形式分布,且入射角度越大,河谷左岸x分量的地震动放大系数越大,河谷右岸z分量的地震动放大系数越大,不对称现象越明显;以不同角度入射时,坡顶处地震动放大系数和坡顶平台影响区域均随坡度的增大呈线性增大趋势;入射角度与斜坡坡度越大,坡顶处水平加速度反应谱越大,反应谱峰值有向右偏移的趋势。     

应力历史影响下的膨胀土动力参数响应特征

动剪切模量和阻尼比是土动力非线性性能中最重要的两个参数。为考虑应力历史对膨胀土动力学特性的影响,开展加载、卸载和再加载固结路径下南阳膨胀土共振柱试验,利用双曲线模型和经验关系分别对动剪切模量和阻尼比随剪应变演化规律进行分析,提出膨胀土在剪应变值为5×10~(-6)~10~(-2)范围内的剪切模量比和阻尼比推荐值,同时分析应力历史影响下动剪切模量比和阻尼比的不确定性。研究表明,应力历史对最大动剪切模量与动剪切模量随剪应变演化规律都有很大影响,卸载和再加载条件下的最大动剪切模量较加载条件下的大,最大增幅为66.59%;应力历史对阻尼比的影响规律性不强。动剪切模量比的极小值均出现在加载路径;经历较大外荷载后,卸载程度越大,动剪切模量比不确定性越大;动剪切模量比和阻尼比的变异系数最大值分别达到了46.30%和48.99%,说明在工程设计和施工中应充分考虑应力历史对动剪切模量比和阻尼比的影响,根据相应的应力历史来选取土体动力学参数。     

开放系统悬臂类结构的动力特性计算方法

结构总是修建在一定的场地而形成土-结构相互作用的开放系统。为解决开放体系下悬臂类结构的自振频率、振型和考虑辐射阻尼下模态阻尼比的计算问题,提出了脉冲荷载响应模态分析法。该方法采用直接有限元法建立土-结构相互作用有限元模型,对结构施加脉冲荷载得到结构动力反应后,由模态识别方法计算结构的动力特性。随后,以一个悬臂类五层框架结构为例研究了计算动力特性随土体计算范围变化的规律和脉冲荷载激励点位置对计算结果的影响。在此基础上,讨论了土体材料阻尼对模态阻尼比的影响,并与集总参数模型和直接模态分析法进行对比,说明不同方法的计算精度。计算结果表明,随着土域计算范围的增加,脉冲荷载响应模态分析法所得的动力特性将逐渐收敛到精确解;当土体计算范围大于结构基频所对应的波长的2倍时,结构自振频率的误差小于1%,模态阻尼比的误差小于5%;以非模态节点作为激励点都可以得到比较精确的结果;三参数集总参数模型所得模态阻尼比存在显著误差,直接模态分析法所得模型的基频随土域范围增大而趋向于零;相比于辐射阻尼,土体材料阻尼对结构的各阶模态阻尼比的影响较小。     

地震作用下地下商业街结构动力反应的影响因素分析

为研究在不同类型的地震波作用下软土场地中地下商业街结构的地震反应及其影响因素,该文以上海软土场地中某单层地下商业街结构为背景,采用ANSYS软件建立场地土与地下商业街结构相互作用体系的三维有限元分析模型,通过引入三维等效粘弹性人工边界单元,以不同类型的地震波作为输入,对地下商业街结构地震反应的影响因素进行了分析,探讨了地下商业街结构埋深、土体刚度和输入地震波选取对结构地震反应的影响。该文的算例结果表明:地下商业街结构地震反应存在最不利埋深;土体刚度对地下商业街结构地震反应值的影响明显;长周期地震波作用下地下商业街结构的地震反应值明显大于普通地震波作用的结果。     

考虑黏性效应的爆破震动区的理论分析

由于波阵面的几何扩散和介质的吸收作用,爆破地震波在传播过程中其幅值和频率会发生一系列的变化。为探究爆破地震波的产生和传播规律,将岩体考虑为黏弹性介质,并将爆破荷载等效地施加在震动区边界上,然后从频域求得该问题的积分解,最后对积分解进行数值计算和参数分析,结果表明:爆破荷载上升时间越短,震动区边界的振动幅值越大;爆破荷载总持续时间越长,震动区边界的振动持续时间越长,但振动幅值不受影响。在相同爆破荷载作用下,介质的弹性模量和黏性系数越小,震动区边界的振动幅值越大。爆破地震波的几何衰减分为近区衰减和远区衰减,近区衰减的速率明显大于远区衰减的速率。随着黏性系数与弹性模量的比值增大,介质对爆破地震波的吸收更明显。随爆破地震波传播距离增加其高频成分相对低频成分减少,黏性系数越大,减小的速度越快。     

考虑沉积河谷非线性放大效应的空间相关多点地震动模拟

提出了一种考虑土体非线性特性的沉积河谷空间相关多点地震动模拟方法，该方法结合了合理的谱密度函数、相干函数以及考虑土体非线性和场地散射效应的位移幅值比。其中，场地非线性位移幅值比由有限元——间接边界元耦合的等效线性化法计算，并以V形半满河谷模型为例验证了该方法的合理性与可行性。计算结果表明：同线性模型结果相比，考虑土体非线性后，地面运动加速度时程峰值减小，反应谱卓越周期有所延长，且变化幅度与覆盖层厚度有关。覆盖层越厚，变化幅度越大，非线性效果越显著。该文研究可为河谷场地大跨度工程结构抗震设防提供重要方法和科技支撑。     

地铁隧道围岩土体蓄放热特性各影响因素显著性研究

地铁区间隧道空气温度受围岩土体影响较大,而地铁区间隧道围岩土体温度分布又受许多因素的影响,为了更准确地得到围岩土体热库与传热的演化规律,需要了解各因素对传热的影响程度。本文采用CHAMPS-BES软件进行数值模拟,通过改变土体和空气温度对围岩传热影响的因素,利用正交试验法分析讨论各因素对围岩土体温度分布特性的影响程度和显著性,发现土壤导温系数对围岩土体热库峰值位置的影响为非常显著,当土壤导温系数为7.6×10~(-7) m~2/℃时传热较快,连续运营20年热库厚度已超出了50 m的范围;在已有研究基础上,研究不同地区隧道围岩土体热库特性及蓄热量变化,得知地理位置越北,土体初始温度越低,对应的土体热库特性变化越显著,土体的年净蓄热量也越大,哈尔滨地区约为1.023×10~5 MJ,相当于列车散热量的1.8%,但整体上土体年净蓄热量随着运营年限的增大而逐渐减小。     

变刚度地基上基础隔震结构动力学特性变化规律试验研究

基于饱和砂性土地基动孔压比变化对地基刚度的影响规律,通过控制输入地震动持时压缩比和强度的方法,提出了变刚度地基上隔震结构振动台模型试验方法,并结合已完成的不同地基上土-桩-隔震结构系列振动台模型试验,分析了地基刚度变化对基础隔震结构动力学特性的影响规律。结果表明,随着结构-土体相对刚度比的增大,变刚度地基上基础隔震结构一阶自振频率降低,但体系阻尼比明显增大,尤其是隔震层的隔震效率发生了明显的降低。变刚度地基上结构-土体相对刚度比显著影响隔震结构楼层加速度反应和层间位移反应,强震下结构-土体相对刚度比越大,隔震结构楼层加速度反应和层间位移反应较刚性地基时增大越显著。基于系列振动台模型试验结果,初步给出了基于结构-土体相对刚度比的小高宽比隔震结构模型周期延长率、阻尼比、层间位移角SSI影响率以及隔震层位移SSI影响率的预测公式,该研究结果有助于推动结构隔震技术的更广泛应用。     

隧道爆破地震波下砌体建筑物滞回耗能特性研究

通过研究隧道爆破地震波下砌体建筑物的滞回耗能特性,为爆破安全提供更充分的指导依据。对隧道爆破地震波下SDOF体系的某砌体建筑物的滞回耗能进行了相关性研究。基于不同爆心距下隧道爆破地震波实测振速,基于MATLAB编程,研究了爆心距对滞回耗能的影响,同时通过改变加载到模型上地震波荷载的振幅、频率及持时特性,研究了隧道爆破地震波三要素以及结构参数(固有周期、阻尼比)对滞回耗能的影响,并与天然地震波下滞回耗能进行了对比。结果表明:爆心距对滞回耗能有着显著影响,二者近似成反比例关系。不论是高频高振幅的爆破地震波还是低频低振幅的天然地震波对砌体建筑物滞回耗能有着相似的影响规律,但天然地震波下更注重的频率的影响,而爆破地震波下需更注重的是振幅的影响。结构物阻尼比对滞回耗能的影响较为显著,具体表现为阻尼比越大,滞回耗能值就越小,建议适当改变建筑材料物理力学性能进而增大其阻尼,提高其抗震性能。     

地震波斜入射下考虑场地非线性、地形效应和土结动力相互作用的大跨连续刚构桥地震响应分析

基于多源叠加粘弹性人工边界和等效线性化理论,建立了SV波斜入射下考虑场地非线性、地形效应和土-结构动力相互作用的大跨结构动力响应分析计算方法。该文首先给出了SV波斜入射下非线性场地的自由场等效线性化求解方法,然后利用ANSYS有限元软件对一座5跨连续刚构桥和场地建立了有限元模型,计算了考虑场地非线性情况下不同入射角、不同地形和不同场地刚度工况下连续刚构桥的动力响应。计算结果表明:桥墩轴力随着入射角的增大而增大,剪力则随着入射角的增大而减小;局部地形不规则程度对桥梁结构内力放大效应有所不同,地形变化越剧烈,放大效应越明显;土体刚度对考虑土-结构动力相互作用的桥梁结构动力响应有较大影响,土体越软,土-结构动力相互作用效应越明显。     

高铁桩网复合路基环境振动影响因素分析

为了研究高速列车动荷载引起的桩网复合路基环境振动的影响因素,运用ABAQUS有限元软件,建立了包含垫层、桩帽、桩体的轨道-路堤-桩网复合地基三维有限元模型。首先以京沪高铁苏州站东侧某段桩网复合路基为背景建立模型,将模拟结果与实测结果对比,验证了该数值模型方法的可靠性。在此基础上,分析了车速、路堤高度及土体阻尼比对高铁复合路基地面环境振动的影响。研究表明,近轨道中心处,车速与路基土体的共振条件决定地面振动大小;距轨道中心远处,地面振动主要由车速决定;路堤高度越高,复合路基中加固范围越大,对列车动荷载引起的地面振动减小越大,原因是垫层和桩体将振动波向路基深部传播;土体的材料阻尼比决定路基远处地面振动,材料阻尼越大,地面振动随距离衰减越快,因此预测路基远处地面振动需要合理的获取确定土体的阻尼比。     

考虑边界排水时间效应的软土一维非线性固结近似解答

为了考虑实际工程中,土层边界的排水性状是一个随时间连续变化的过程,基于经典的非线性压缩和非线性渗透关系,研究考虑排水边界时间效应时固结系数随时间变化的土体一维非线性固结问题。通过分离变量法和Laplace变换技术,获得该固结问题的近似解答;再将该文解退化并与既有差分解答进行对比,从而验证近似解答正确性。基于所得解,探讨了压缩指数与渗透指数比值Cc/Ck、最终有效应力与初始有效应力比值Nq及界面参数α、β对土体固结特性的影响。结果表明：在连续排水条件下,土体内的不排水对称面的位置与界面参数有关,并且随时间会发生变化;当Cc/Ck>1时,在固结前期,土体的沉降速率随着Nq值的增大而增大,而在固结后期则相反。排水边界的界面参数取值对反映边界排水速率影响很大,因此工程中计算地基固结速率时有必要确定界面参数取值。     

半空间饱和土中孔洞对波场散射问题的边界元法分析

根据饱和土Biot理论及孔洞边界特性,通过引入势函数,利用Betti互易定理,建立了半无限饱和土体中孔洞对波场散射问题的边界元积分方程,讨论了边界积分方程的奇异性,并分析了饱和土体特性及入射波场等对孔洞应力集中与孔压集中系数的影响效果。通过与已知文献结果比较,验证该文算法的正确性。数值结果表明:饱和土体中流、固耦合程度、压缩性、透水性等对波场散射有较大的影响:随饱和土体中流、固二相耦合程度增大,孔洞应力集中系数增大,孔洞的散射作用增强;随饱和土体压缩性减小,孔洞应力集中系数增大;而随饱和土体透水性降低,孔洞应力集中系数、孔压集中系数都增大。     

橡胶轴承-转轴系统碰摩响应动力学特性研究

将橡胶轴承支撑的转轴/轴承系统简化为非线性弹性支撑的转轴/轴承系统。基于非线性动力学及分叉理论进行分析、研究,确定周期无碰摩响应边界、碰摩运动边界、稳定性边界。结果表明,同频全周碰摩、跳跃现象及碰摩响应在周期、非周期运动间过渡;通过对阻尼比、偏心率等系统参数对系统动态响应特性影响分析获得参数平面内不同碰摩响应区域边界。因而可较好理解系统参数与不同系统响应特性间关系。     

Z24桥阻尼比长期变化影响因素及影响规律EI北大核心CSCD

为研究Z24桥阻尼比长期变化的影响因素及影响规律,首先利用该桥长期监测数据,采用加速度时间序列语义分割获取了大量的加速度自由衰减响应,由指数衰减法得到了为期约10个月的一阶阻尼比识别结果;然后分析结构温度、振动剧烈程度、结构损伤对阻尼比的影响规律。结果表明:Z24桥一阶阻尼比与结构温度具有极强的相关性,0℃以下时段,阻尼比随结构温度降低呈先增大后减小的非线性变化;0℃以上时段,阻尼比随结构温度升高而线性减小,二者相关系数最高可达0.98;环境激励(桥下通行车辆)与重物坠落激励下,阻尼比受振动剧烈程度的影响均无明显规律可循;阻尼比对各种结构损伤的存在与否亦无确切的指示性作用,由阻尼比获取更有效的损伤特征仍有待于进一步的研究。上述因素的影响规律应在结构振动控制设计、损伤识别等阻尼比应用场景中得到考虑,以提升结果的合理性与可靠性。