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。     

高层建筑地震作用计算的时域显式随机模拟法

目前我国GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》中所推荐的振型分解反应谱法和时程分析法尚无法完全反映地震动随机性对建筑结构的影响,采用真正意义的随机振动方法计算复杂高层建筑地震响应的需求越来越迫切。结合新修订的广东省标准DBJ 15-92—2013《高层建筑混凝土结构技术规程》,全面介绍了结构地震作用计算时域显式随机模拟法的计算原理和实现方法,内容包括:1)通过迭代计算直接获得与现行规范反应谱完全等效的地震动加速度功率谱;2)给出基于精细积分和Newmark-β积分格式的结构地震响应显式表达式的构建方法;3)结合地震动随机过程的数值模拟,统计分析得到结构平均峰值响应。以广州西塔等4栋超高层和高层建筑为工程应用实例,显示了时域显式随机模拟法在高层结构抗震分析中的高效性和实用性。计算结果表明,时域显式随机模拟法和传统振型分解反应谱法的计算结果存在一定差异,最大差异可超过25%,反应谱法的内力计算结果普遍偏小。     

大跨网壳结构非一致激励竖向地震响应分析

考虑大跨结构的地震响应随地震动空间变化的特性,研究非一致激励下大跨结构的运动方程,运用虚拟激励法的原理对非一致激励下的大跨网壳结构的地震响应进行分析,在ANSYS软件中将非一致激励考虑为静力计算和谐响应计算。通过对平面直径为80 m的单层球面网壳结构的算例分析,得到了竖向地震作用下网壳结构的地震响应变化规律,并与一致激...     

大跨斜拉桥非一致激励地震响应研究

以海南某拟建斜拉桥为例,计算了该桥的动力特性,分析了该结构在一致输入地震激励和非一致输入地震激励下的非线性地震响应。计算结果表明:与一致输入地震激励下的结构响应相比,在非一致输入地震激励下桥梁结构最大响应值均有不同程度的增大。考虑纵向行波效应时,结构的纵向位移以及关键部位的内力响应值增大,这些响应值将随着地震波波速的提高而减小,并逐步接近一致输入地震激励下的响应值。     

非一致氯离子侵蚀下近海桥梁时变地震易损性研究

近海桥梁往往处于氯离子空间分布不均匀的复杂环境,在服役过程中往往会遭受非一致氯离子侵蚀,导致材料及结构性能不断退化,降低桥梁抵御地震的能力。为研究非一致氯离子侵蚀下桥梁地震损伤风险变化规律,文章以氯离子扩散规律及钢筋锈蚀机理为基础,基于Duracrete模型及以往试验结果,确定不同环境参数及锈蚀参数的概率分布类型及统计特征,建立钢筋及混凝土材料退化规律。结合地震易损性分析理论,建立非一致氯离子侵蚀环境下桥梁时变地震易损性评估流程。随后,以一座多跨连续梁桥为例,分析退化桥梁抗震能力变化特征,研究不同构件的地震损伤时变规律。研究结果表明,氯离子侵蚀下的桥墩截面抗弯承载力和曲率延性均表现出明显的退化,并且曲率延性退化程度高于抗弯承载力。非一致氯离子侵蚀会导致桥墩损伤分布发生演变,桥墩易损位置可能从墩顶、墩底转移至低水位处。随着服役时间增加,桥墩损伤概率明显增大,而支座、挡块及桥台的损伤概率略有降低。     

非一致地震激励下方形单仓管廊动力响应分析

单仓管廊作为浅埋式细长结构,其抗震性能对于生命线工程的安全性和城市的稳定有着不可忽视的作用。基于三维有限单元法,建立了土-管廊结构动力非线性相互作用模型,针对常见的预制平口连接、预制企口连接和现浇式连接进行模态分析,得到了其自振频率和变形特征;分析非一致地震激励下三种管廊结构的动力响应,指出管廊廊身应力和位移的分布规律及其破坏部位;重点研究管廊接头(或伸缩缝)的地震响应,通过对比三种接头形式的加速度和应力分布规律,发现管廊接头是管廊抗震设防的关键部位,不仅容易出现应力集中,而且接头两侧的位移差和加速度差响应差异显著。通过数值模拟和对比分析得出了三种管廊的破坏模式和潜在的安全隐患。     

纵向非一致激励下埋地管道的振动台试验研究

为研究在一致、非一致激励振动台试验中不同箱体内土体、管道地震响应的异同,基于已经开发的悬挂式连续体模型箱开展了一系列多台阵振动台试验。对不同箱体中土体、管道的加速度以及管道应变等试验数据进行了分析,结果表明：(1)在一致激励不同加载等级下,不同箱体中土体表面各监测点的位移时程曲线基本一致,而在非一致激励下,不同箱体中土体表面各监测点的位移时程曲线差异明显。各箱内土体间产生了明显的纵向相对位移,土体被拉裂,且在地震动作用后均产生了较大的残余位移;(2)与一致激励下相比,非一致激励下各箱内管道及其周围土体之间均产生了明显的相对位移,造成了管道应变的增大,其峰值应变是一致激励下的2倍左右;(3)在一致激励下,各箱体内土体、管道的地震响应基本相同,非一致激励下不同箱体内土体、管道的地震响应虽然存在差异,但各箱体内管–土地震响应规律基本相同。     

阶梯型管廊非一致地震激励下的减震措施研究

基于有限元分析方法,建立管廊-土体结构相互作用的三维有限元模型;通过模态分析,得到了3种不同接头形式阶梯型地下综合管廊的自振频率和变形特征,验证了模型的合理性;研究了阶梯型地下综合管廊在小震非一致激励条件下,平口、企口和现浇3种不同的管廊接头在设置加腋及加腋和减震层共同作用下的动力响应。结果表明：加腋使管廊廊身和接头的应力水平降低幅度在10%左右,使3种接头形式管廊顶板轴线应力均降低了50%～70%;加腋高度由300 mm增加到600 mm时,平口式管廊接头处应力降低幅度增加了1倍左右,而对于企口式和现浇式接头的影响较小;设置加腋和减震层共同作用的阶梯型多仓管廊应力水平降低幅度约为20%,而对顶板轴线的位移和接头处相对位移几乎无任何影响;设置加腋和减震层共同作用对不同接头形式的管廊第一、第三主应力降低幅度的影响不同,现浇接头的降低幅度约为30%,平口接头降低幅度约为20%,企口式接头降低幅度不足10%。     

考虑行波效应的大跨度桥梁抗震分析方法

对大跨结构的地震分析方法做了简要的介绍和评述。大跨结构与普通结构相比,在地震作用下要考虑地震地面变化的空间变化效应(即:行波效应、部分相干效应和局部场地效应等)。基于这一考虑,重点介绍了多点非一致激励反应谱分析方法、非平稳随机响应的虚拟激励法和时程分析方法,最后给出一些建议。     

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。     

大跨度桥梁地震反应分析时阻尼的取值

简单介绍了目前桥梁抗震中存在的关于阻尼的一些问题以及瑞利阻尼理论,以龙潭河大桥为例,建立了有限元模型,计算分析其动力特性获得桥梁结构的振型和频率,在此基础上求解出了Aplha和Beta。     

大跨度悬索桥颤振可靠度分析的改进响应面法

介绍一种新的计算悬索桥颤振可靠度方法——改进响应面法。该方法利用传统响应面法将极限状态方程近似表达为简单的多项式形式,有效地解决FORM和SORM无法求解隐式极限状态方程的可靠度问题。另外,改进响应面法的使用还能有效地利用现有的确定性颤振分析软件。通过引入有限元方法,改进响应面法可应用于悬索桥颤振可靠度问题。通过使用重要抽样技术,提高改进响应面法的计算效率和计算精度,有效地解决传统响应面法在结构可靠度较大或失效概率较低时出现的迭代不收敛问题。数值算例验证该方法的效率和精度。最后,用该方法计算江阴长江大桥的颤振可靠度,结果表明基于经验公式的改进响应面法会过高地估计大跨度悬索桥的颤振可靠度。实际的悬索桥颤振可靠度应该采用基于有限元法的改进响应面法进行计算。     

基于可调姿态气动翼板的大跨度#br# 悬索桥颤振主动抑振方法

针对传统被动气动措施难以满足超大跨度悬索桥颤振设防需求的问题,提出一种基于可调姿态气动翼板的颤振主动抑振方法。该方法首先基于Roger颤振自激力时域模型建立主梁 翼板动力系统的状态空间表达,并通过系统重构优化使该表达能更加合理、有效地反应翼板姿态调节机制。此后通过引入基于主梁 翼板系统振幅控制权重的线性二次型指标,建立从桥梁振动状态监测到翼板姿态控制的颤振稳定性实时调节方法。为验证该方法的有效性和鲁棒性,研发针对桥梁节段模型风洞试验的反馈控制系统。研究发现,作用于两侧翼板上的反相气动升力在翼板间距的放大作用下形成的力偶是颤振控制力的主要成分,当迎风侧翼板振动相位滞后于主梁扭转振动约90°、背风侧翼板振动相位超前于主梁扭转振动约90°时有最优抑振效果;调节主梁控制权重至翼板控制权重的2倍时,可以提高颤振临界风速33%。     

高阶振型对大跨度两塔悬索桥地震反应的影响

结合一座大跨度两塔悬索桥的工程设计实例,采用反应谱法对其进行了线性地震反应分析,详细讨论了高阶振型对大跨悬索桥地震反应的影响,分析结果表明：高阶振型对大跨度两塔悬索桥地震反应有很大影响,特别是对主塔的地震反应,而高阶振型对位移反应的影响较小。     

基于时域显式随机模拟的隔震结构易损性分析研究

工程结构的地震易损性分析结果是结构抗震性能评价和地震灾害评估的重要依据，考虑地震激励的非平稳随机过程本质，采用随机振动方法来进行易损性分析更具合理性。针对带隔震基础的多层结构，提出基于时域显式随机模拟的隔震结构易损性分析方法。首先建立求解局部非线性运动方程的显式降维迭代列式，继而与随机模拟相结合，求解层间位移和隔震层位移的首超概率，最终考虑不同地震动强度得到隔震结构易损性曲线。算例结果表明，相比于传统蒙特卡罗方法，基于时域显式随机模拟的方法具有一致的计算精度和明显更高的计算效率，有利于隔震结构易损性分析的工程应用。     

多点激励下桩-土-斜拉桥全模型振动台试验研究

大跨斜拉桥的自振频率和阻尼低以及空间尺度大,其地震响应受桩基础、场地土特性和地震动空间效应的影响较大。然而,由于试验条件和技术所限,目前尚缺乏相关的全模型振动台试验研究。以一座试设计主跨1400m超大跨斜拉桥为原型,设计和制作了一座几何相似比为1/70且包括上部结构、桩基础和场地土等在内的试验模型,通过振动台试验研究了多点激励对桩-土-斜拉桥全模型地震响应的影响及其规律。试验结果表明：纵向多点激励使一侧主塔的纵向位移、一侧主塔和桥墩的纵向桩-土-结构相互作用效果以及主跨一侧竖向位移增大,而另一侧减小;横向多点激励使一侧主塔的横向位移和一侧桥墩的横向桩-土-结构相互作用效果增大,另一侧减小,但使两侧主塔的横向桩-土-结构相互作用效果和主跨两侧横向位移响应均增大;桩-土-结构相互作用对斜拉桥的加速度响应产生不利影响。基于上述结果,大跨斜拉桥的抗震设计或性能评估应考虑多点激励和桩-土-结构相互作用的影响。