结构动力可靠性理论的发展与研究综述

结构动力可靠性理论在建筑结构,特别是复杂的大跨空间结构及高层建筑结构的抗震、抗风等领域中有着重要作用.结构随机反应分析、结构破坏界限或失效准则的确定、结构动力响应可靠概率的计算方法是结构动力可靠性分析的三大关键问题.结合近年来的研究进展,本文归纳总结了解决上述问题的研究发展历程,其中重点阐述了研究最多的基于首次超越破坏机制的结构动力可靠性研究的发展与现状.最后提出了该研究领域今后发展方向的展望,以便为结构动力可靠性理论的进一步理论研究及其工程应用提供有益的参考.     

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。     

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。     

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     

非线性系统动力响应的另一解法

采用复化SIMPSON公式对t—y曲线进行积分,从数值积分的角度推导了非线性动力响应的平衡方程,结果得出,采用复化SIMPSON公式积分的计算精度要比逐步积分法计算的精度高,值得推广。     

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…     

等效小参量法在分析和求解非线性电路中的应用

本文介绍了一种求解非线性电路的新方法——等效小参量法,研究和总结了其中非线性函数f的各阶小量f_(im)的计算公式,概括了应用等效小参量法分析和求解非线性电路的特点.     

大跨度斜拉桥基于二次响应面法的动力可靠度分析

结合三种方法,构造了一种二次响应面法,通过拟合的多项式函数来近似替代表示结构随机输入与输出变量之间作用关系的功能函数,按照结构的破坏准则及其极限状态方程,计算结构随机问题可靠度的组合响应面法。通过对大跨度苏通桥斜拉桥结构可靠性分析的研究得出,苏通大桥考虑承台固结在随机地震荷载作用下,结构有足够的安全度。同时,不同墩位的可靠度指标是不同的。通过分析发现苏通大桥各截面可靠指标相差不大,说明设计非常合理,两种计算动力可靠指标的方法不尽相同但计算结果比较接近,最大差值为5％左右。     

基于杜芬振子的非线性框架结构混沌动力特性

在分析单自由度以及多自由度非线性框架结构体系模型后,以Duffing振子为依据,借助于Simulink软件对系统进行动态模拟仿真和计算处理,得出系统的时程曲线图、相平面图、Poincare截面图和功率谱图,综合分析并直观表明非线性框架系统在一定条件下所表现出混沌动力特性。     

附加油阻尼器的非线性滞回结构系统的等价线性化方法

以安装油阻尼器的单自由度非线性滞回结构系统为研究对象,建立地震作用下该非线性结构系统的等价线性化方法。鉴于结构系统具有双非线性特征,其中油阻尼器的阻尼力与速度呈双线性关系,主体结构具有双线性滞回特征,将主体结构等价为线性Kelvin模型,附加体系分两步等价:将双线性黏滞单元等价为线性黏滞单元,得到含线性黏滞单元的附加体系与主体结构的Kelvin模型并联构成的等价模型A;基于模型A进一步求解系统的等价刚度和等价阻尼比,建立系统的等价线性化Kelvin模型,即模型B。通过共振曲线分别对模型A和模型B的精度进行了验证。考虑地震动的随机性,通过动力非线性时程分析对等价模型的阻尼比公式进行了修正。将等价线性化方法应用到性能曲线中,建立非线性结构系统的减震性能曲线绘制方法,结合性能曲线分析了油阻尼器对非线性结构的减震效果。结果表明:模型A与模型B的共振曲线与原结构均吻合,说明在非线性结构系统中将双线性黏滞单元等价为线性黏滞单元的方法可行;修正后的等价阻尼比可较好地预测地震作用下非线性结构系统的最大位移。     

列车荷载作用下钢轨动力可靠度分析的拟静力方法

利用模态分析法,建立了车辆-轨道垂向耦合动力计算模型。在模型中,车辆为附有二系弹簧的整车模型,钢轨被离散为双层弹性基础上的欧拉梁。采用Wilson-θ数值积分方法,得到了钢轨在列车荷载作用下的随机振动响应。基于结构动力可靠度理论的拟静力分析方法,得到了列车荷载作用下武汉轻轨系统轨道结构的可靠指标。根据计算结果,建议我国既有无缝线路轨道交通的可靠指标为3.70。     

场地土随机地震反应分析及动力可靠度计算

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动力方程的求解问题,分别给出了基岩输人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.     

随机振动荷载作用下结构动力可靠性设计方法研究

以轨道结构为例建立了车辆-轨道垂向耦合动力计算模型,并使用Wilson-q数值积分方法得到了轨道结构在列车荷载作用下的随机振动响应。基于随机过程跨越理论,得到了不同跨越假设以及极值分布条件下钢轨动力响应可靠度,并与数值模拟法结果进行比较,表明对于低跨越界限,极值I型分布法的计算结果最接近精确值;对于高界限则高斯分布法效果最好。     

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。     

求解材料非线性系统动力响应的新方法

本文有两方面的内容:(1)结合解析方法和数值方法优点,本文提出求解材料非线性系统动力分析的新方法,并推导了相关公式。新方法利用了分段Lagrange插值多项式和Duhamel积分来求解非线性系统动力响应。当动力荷载表示为分段多项式时,在本构关系的每一个直线段上,可以求出Duhamel积分的精确解。再考虑到刚度转换点上位移和速度的连续性,我们就可以在整个时域上给出非线性系统动力响应的精确解。由于有精确解作为基础,因而和逐步积分法相比,本文方法不但具有较高的计算精度,大大减少了计算工作量,而且彻底地避免了许多数值方法所常遇到的收敛性和稳定性问题。(2)本文提出在原有单层工业厂房结构的侧面加设斜拉杆的抗震加固改造方案,并将此计算方法应用于它的抗震加固计算中。     

非线性随机有限元法及其在可靠度分析中的应用

本文以非线性有限元理论和可靠度理论为基础，以二维弹塑性问题为对象，提出了非线性随机有限元的基本思路，并推导了材料非线性问题的基本公式，编制了非线性随机有限元程序。该程序既考虑材料的非线性又考虑参数的随机性，可用于一般弹塑性平面问题的可靠度分析。作为计算实例，研究了重力坝坝基在考虑非线性特性和随机特性情况下的破坏过程和可靠性指标。     

索网结构非线性地震反应分析实用方法

采用现有方法分析索网结构非线性动力反应时,仅能对矩形平面索网结构建立等效单自由度(ESDF)模型,地震作用下,此类结构的响应只能采用时程法进行计算。基于结构整体刚度参数的概念,结合模态推覆分析方法,建立了任意形状索网结构的非线性ESDF模型,该模型刚度特性与Duffing系统相同。采用能量平衡法,导出了索网结构非线性ESDF体系的等效线性刚度ke与位移反应d的关系;结合ESDF体系的等效质量,将加速度-周期(a-T)格式的设计反应谱变换为刚度-位移(k-d)格式;与ke-d关系式联立求解得出ESDF体系的非线性地震反应。该方法在线性设计反应谱的基础上,合理考虑了索网结构的非线性刚化效应。数值算例表明,相对于线性振型叠加反应谱法,该方法具有更好的适用性。