大跨、高层结构动力弹塑性和倒塌分析(Ⅰ):原理、MSC.MARC子程序开发与验证

基于钢和混凝土静态、动态本构模型和纤维梁基本原理,开发了直接能够与MSC.MARC主程序保持数据相互调用的子程序(包括材料应变率效应、被动控制、主动控制与单元生死判断)。主要涉及到材料的应变率效应,该子程序不限于只考虑静态本构模型,还考虑了动态本构模型以进一步考虑结构在动力作用下应变率因素对结构反应的影响,可结合单元生死子程序用于结构在动力作用下的弹塑性和倒塌分析。最后,将编制的应变率子程序应用于钢筋混凝土构件的弹塑性分析,并与已有试验结果对比,说明了该子程序的可靠性和准确性,同时也认为有必要考虑应变率因素对结构反应的影响。     

大跨、高层结构动力弹塑性和倒塌分析(Ⅲ):SAP2MARC和MARCPOST程序开发与应用

本文开发并实现了将有限元模型由SAP2000软件导入MSC.MARC软件中的接口程序SAP2MARC和MSC.MARC软件的可视化后处理程序MARCPOST。采用MSC.MARC子程序和UMAT程序所生成的材料数据,对某200m结构进行了大震作用下考虑应变率效应的动力弹塑性计算,并结合MARCPOST程序对结果进行提取和分析,可转换多种结构单元。     

高压输电塔-线体系风致动力响应分析与优化控制

建立了输电塔-线耦联体系的空间模型,利用Davenport谱模拟了目标场地风场,采用线性弹簧模型与Maxwell模型相结合模拟调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD),采用考虑导线几何刚度时变性的非线性直接积分方法对有无TMD的单塔、塔-线体系风致响应时程分析,进行TMD调频参数优化控制计算,并比较了单塔与塔-线体系时程反应。分析结果表明,对单塔和塔-线体系优化控制,均可根据单塔模态分析得到的频率计算TMD优化参数;由于背景反应的增加,使得塔-线体系总反应比单塔有较大幅度增长。     

地震功率谱参数的误差源及其敏感性分析

为分析功率谱模型参数的误差来源及其对多点地震动和大跨桥梁结构反应的敏感性,简要回顾了规范反应谱求解地震动目标频谱参数的两种方法,开发了求解频谱参数的可视化程序TJU.SPSP,并计算出具体参数,指出求解方法不同而导致参数间误差的根本来源;更新了多点地震动模拟程序MEMS_b至新版本,总结了地震动能量与场地类型、功率谱模型之间的关系.研究结果验证了直接法和积分法对幅值及主频带宽影响的不容忽视性,强调了功率谱模型中描述低频分量参数的重要性且不应忽略,澄清了功率谱模型中阻尼比及二层过滤阻尼比的物理和数学意义,并以实际桥梁工程为例从结构地震反应角度验证了理论分析的正确性.     

非经典阻尼的位移输入模型和多点反应谱注记

为注记和揭示底部单元为非经典阻尼下位移输入模型与多点反应谱的准确性与稳定性,本文涉及理论推导与计算分析两个层面．讨论了在时域模型中底部单元分别为经典与非经典阻尼的区别,在时域模型的基础上推导给出底部单元为非经典阻尼时多点反应谱公式,并通过算例验证．分析结果表明:底部单元为非经典阻尼时,位移输入模型不会出现底部单元刚度有关的阻尼项;理论上证明了在底部单元为非经典阻尼下位移输入模型和多点反应谱不存在结果不收敛问题;验证了底部单元为非经典阻尼下,采用位移输入模型计算结果的准确性和稳定性．     

九江长江大桥在多点多维地震激励下的反应分析

拟建的九江长江公路大桥为双塔双索面钢箱梁斜拉桥,全长1432米,主跨长达768米,应对其进行地震动多点激励分析。首先针对当前被普遍认可的适用于多点激励的位移输入模型中存在的容易但不容忽视的问题介绍了提出的附加刚性元弹簧阻抗法,然后基于拟合《公路工程抗震设计规范》反应谱方法生成桥位区的随机非平稳空间地震动场,最后对此大桥进行了多点激励下的地震反应分析。结果表明：纵向激励下,考虑多点输入减小了索塔的底部剪力、底部弯矩和塔顶的节点位移;三向激励下,考虑多点输入可增加也可降低索塔的底部剪力和底部弯矩,剪力最大增加近10%;考虑多点输入增加了塔顶的节点位移,最大增加近100%;考虑多维激励均比仅考虑纵向激励的反应大。由此可看出,对于大跨度斜拉桥地震反应分析,须考虑地震动的多维多点激励。     

结构地震响应计算模型的比较与分析

回顾并比较了地震动激励下计算结构响应的位移输入模型和一致加速度输入模型,详细地讨论了由于阻尼项忽略不同导致两种输入模型的本质差别,分析了由此对计算结果产生的影响,并通过数值算例说明该影响不容忽视,进而建议在比较地震动多点激励与一致激励下的结构反应时,一致激励应采用位移输入模型而不是一致加速度输入模型,从而可避免由于两种模型本身阻尼项忽略不同对计算结果产生的影响.此外,指出了振型叠加方法在严格理论上不适用于位移输入模型.     

基岩地震谱与地震动位移输入的土–结构相互作用(SSI)计算模型改进

 对基岩地震动输入的适用性和SSI计算模型的合理性进行研究。首先,借鉴已有基岩地震谱表达式,采用数值方法修正高频段过滤函数,得到适用于我国目标场地的基岩地震谱;然后,分析当前位移输入的SSI计算模型,指出所存在的因单元尺寸划分逐步精细而导致的不收敛问题,推广无质量刚性元(massless rigid element,MRE)法解决这一问题,并给出MRE、结构系统和黏弹性人工边界三者间连接示意图;最后,基于上述工作和随机振动理论生成基岩地震动位移输入谱,对一算例进行分析,结果表明采用MRE法解决SSI计算模型的可行性。研究工作可为土–结构共同作用相关问题的研究提供参考。     

差动和波浪力激励下海床-桩-墩-桥的地震弹塑性:原理、方法、程序与智能建模

跨海大跨桥梁体系在地震作用下的弹塑性数值模拟涉及四个问题:1) 海床(地基)-桩-墩-桥建立整体模型的合理性便捷性;2) 地下地基位置多点地震动反演途径的有效性;3) 波浪力和水动附加质量;4) 无限域地基被有限域地基代替后,粘弹性人工透射边界及其多源性。首先,阐述并指出了有无粘弹性人工透射边界下,土-结构体系地震差动输入模型的激励输入模式的本质区别;然后,提出了一种有效的地基位置具有空间变异性的地震差动反演途径,并据此成功开发了可视化程序MEMS_c(Multiple Earthquake Motions Simulation_c);进而,根据小尺度结构的波浪力及其频谱特性,开发了波浪力可视化计算程序WFS(Wave Force Simulation);最后,提出了弹性人工边界条件-地基-桩-墩-结构一体化的智能快速建模途径,并开发了可视化建模工具Foundation V2013.6,给出了图解说明。该文内容具有理论基础和实用性,为后续直接服务于工程提供了具体准备。     

格构塔架顺风位移响应实用计算模型与求解内力位移加载法

基于风洞试验得到的格构式塔架顺风向一阶广义荷载谱,利用导出的实用高阶广义荷载谱,进一步导出了位移反应的实用计算公式,提出了"位移加载"求解格构塔架内力的方法,并以-输电塔为例描述了该方法的实现过程.与已有方法相比,计算公式可考虑高阶模态的贡献且推导过程更加合理,建议的内力求解方法可避免传统方法中需要建立等效静力风荷载的这一步骤.针对格构式高耸结构,文中位移计算公式实用,内力求解方法合理、操作简单,可进一步推广应用.