非线性悬吊质量摆减震控制的等效线性化方法研究

在柔性结构利用悬吊质量摆的减震控制中,按小摆角线性化来分析存在一定的局限性。针对此问题,建立了考虑悬吊质量摆大摆角振动的非线性运动方程。利用等效线性化的方法,将非线性方程转化为线性方程,基于虚拟激励法,提出了等效线性方程的求解方法。以某柔性输电塔结构为例,在不同幅值的平稳随机激励下,分别求解线性方程、非线性方程以及简化后的非线性方程,得到结构体系的响应。结果表明,在大摆角情况下,如果忽略非线性影响,将会产生较大的计算误差;采用本文提出的等效线性方程求解方法,可以保证求解结果与非线性方程的计算结果一致。     

地下隧道抗震安全性分析方法

针对设计地震动的变异性,提出了地下隧道抗震安全性分析的蒙特卡罗方法。1建立地下隧道非线性地震响应分析模型。采用粘弹性边界方法和地震动输入等效节点力方法模拟半无限场地的地震激励,结合通用有限元软件ANSYS,建立地下隧道地震响应分析模型,模型采用等效线性化方法模拟土体非线性,采用瑞利阻尼和材料阻尼相结合方法模拟土体阻尼,分别考虑衬砌中混凝土和钢筋的非线性,并考虑衬砌和土体之间的接触问题。2确定设计地震动,然后利用模拟产生目标谱符合某一设计地震动时变功率谱的非平稳地震动模拟方法,产生若干条与设计地震动具有同一统计特征的非平稳地震动。3进行样本地震动激励下的地下隧道非线性地震响应分析,求得地下隧道地震响应的变异性。该研究为地下隧道抗震安全性分析提供了一种简单实用的方法,对地下隧道抗震设计有一定的参考价值。     

基础隔震结构抗震可靠度简化分析方法

选用胡聿贤平稳地震地面运动模型作为基础隔震结构的随机地震动输入,采用Bouc-Wen模型描述隔震结构的层间滞变位移,将滞变体系动力特性矩阵随机等效线性化,并建立等价线性状态方程.引入左右特征向量系,对振动微分方程进行解耦,推导了基础隔震结构随机地震响应的统计矩解析解.采用变形失效准则,定义了上部结构和隔震层的功能状态极...     

均质土坝非平稳随机地震反应分析

考虑地震荷载的随机性及强度、频率的非平稳性,基于作者提出的适用于非平稳随机过程的一般随机地震动模型,采用虚拟激励法,建立了非平稳随机地震反应分析方法,并将其应用于某实际均质土坝动力分析中。土石坝及坝基体系采用整体有限元离散,坝体和坝基材料的动力非线性性能以等效线性化方法考虑。首先,基于目标加速度时程的强度和能量信息,确定了作为输入的加速度时—频演变功率谱密度;其次,比较了确定性时程动力分析和非平稳随机分析的结果,探讨了频率非平稳随机地震激励下的土石坝地震反应特性;最后,比较了2种不同坝基条件下的土石坝非平稳随机地震反应,探讨了频率非平稳随机激励下的土石—坝基动力相互作用。分析结果表明:地震动的频率非平稳性对土石坝动力反应有一定影响;坝体—坝基动力相互作用在地震过程中的不同阶段表现有所不同,主震阶段的相互作用显著。     

地下结构抗震分析中若干土层模拟方法对比研究

动力时程在地下结构抗震分析中应用广泛,土体动力特性的准确模拟对动力时程分析结果有重要影响。介绍了Rayleigh阻尼和Hardin-Drnevich模型的基本理论,验证了等位移边界条件的有效性。从地表加速度响应和加速度幅值沿深度放大两方面,对比分析Mohr coulomb模型、Shake91、Rayleigh阻尼和Hardin-Drnevich模型在2Hz和8Hz正弦波作用下的响应结果。结合理论分析得出:静力Mohr coulomb模型对动力时程分析适用性有限;建议在地下结构抗震分析中采用场地基频与接近地震波主频固有频率计算Rayleigh阻尼参数;Hardin-Drnevich等粘弹性非线性模型比等效线性化方法更适用于地下结构抗震分析。     

基于实测台风数据的超高层建筑非线性计算

基于从有限元模型导出的多自由度系统和实测台风数据，对深圳地王大厦进行了非线性数值模拟。比较研究了振幅相关阻尼与一系列常数阻尼对各种强度的台风激励下结构响应的影响。探讨了振幅相关阻尼的等效常数阻尼的存在性和特点，它与激励强度的关系和在脉动风平稳和非平稳条件下的特点，以及用它来进行超高层结构设计时可能会遇到的问题。     

粘滞阻尼减震结构抗震可靠度简化分析

通过设置粘滞阻尼器减小结构的地震反应是一种有效的被动控制方式,为与现行抗震设计水平相适应,减震结构和控制装置的设计也应该以可靠度为基础。本文结合粘滞阻尼减震结构的受力特性建立了此类耗能减震结构动力可靠度分析的实用简化计算方法。首先通过等价线性化方法,给出了层间三线型恢复力模型的等效平均刚度,粘滞阻尼器采用等效线性化的力学模型,建立了安装粘滞阻尼减震结构的等效线性随机分析模型。然后采用随机状态空间方法进行了粘滞阻尼减震结构的地震反应分析,基于层间变形失效准则和首次超越理论分析了粘滞阻尼减震结构的可靠度,并以粘滞流体阻尼器的变形超过其自身极限变形作为阻尼器的失效模式,讨论了粘滞阻尼器可靠度的计算。最后通过一个设置粘滞流体阻尼器的框架结构计算实例,说明了这种方法的运用。该方法可以作为一种实用的方法对振动控制结构在不同破坏状态下的抗震可靠度进行分析,为基于性能的抗震设计和优化提供参考。     

地基土——上部结构相互作用体系的非线性分析

本文将相互作用体系运动方程中左边的非线性项移向右侧作为附加荷载,在富里埃变换——时域迭代法的基础上加以改进,计算了地基土——上部结构相互作用体系的非线性动力响应。其中上部结构的恢复力模型分别采用有退化的双线性和三线性模型。最后得到了较为满意的收敛结果。     

基于响嘡台阵的土层一维时域动力本构模型的检验

目前大量用于进行土层非线性地震反应分析的等效线性化方法在考虑大震作用时,会出现过大的"共振"效应,造成对地表地震反应的误估。故常采用时域积分方法弥补其缺陷,而土体动力本构模型是决定时域积分方法优劣的关键。在此前的工作中,已提出了一种针对阻尼比拟合的修正UE土体动力本构模型,为验证修正UE模型在进行土层地震反应分析时的有效性及优越性,同时采用等效线性化方法及嵌有不同本构模型的时域积分方法进行了响嘡台阵场地的一维土层非线性地震反应分析,并将不同方法下的计算结果与实际记录进行了对比分析。最后,通过计算分析证明了修正UE模型对响嘡台阵地表地震反应的估计结果是客观有效的。     

随机地震激励下相邻隔震结构被动控制研究

利用隔震结构和非隔震结构间的相互作用来减小地震作用下的结构响应,考虑地震激励的随机性,基于Clough-Penzien谱模型,推导了相邻结构随机响应的拓展状态方程,采用两种优化控制目标,分析得到了相邻隔震结构体系间连接控制装置的控制参数与结构随机响应的关系及其对控制效果的影响,并分别从地震响应时程和振动累计能量时程角度研究了相应地多自由度相邻隔震结构复合被动控制体系,在不同优化准则及不同控制方案下,结构体系的减震控制效果。研究结果表明,相邻隔震结构复合被动控制体系,可以获得较好的减震控制效果,阻尼系数在减震控制中起主要作用,但存在最优取值,并不是越大越好;采用以左、右子结构振动总能量最小为优化准则,在顶层+中间层安装控制装置的控制方案,可以有效地减小相邻结构的地震响应,得到的控制效果较好。     

随机结构地震作用下的可靠度计算方法

提出了Gauss-legendre积分与Edgeworth级数相结合求解随机结构在确定性地震激励下结构响应的统计矩与动力可靠度。通过对一典型工程结构算例进行分析,仿真结果表明:Gauss-legendre积分计算地震作用下随机结构响应的可靠度具有较高的精度,在维数不超过4维时具有较高的计算效率;通过Gauss-legendre积分结合Edgeworth级数的方法,求解地震作用下随机结构计算简便,只需简单计算即可得到接近Monte-Carlo计算的精度,而且计算效率较高,适用于多变量实际工程结构的可靠度分析。     

一致激励条件下非线性工程场地地震动相干函数分析

在地震动过程中,土介质中的剪切波速往往出现显著的降低现象,体现出强烈的非线性性质。本文将随机振动的虚拟激励原理、土非线性分析的等效线性化方法与工程波动理论散射问题的求解方法相结合,建立了开放系统中一致激励条件下考虑岩土介质非线性的工程场地地震动随机场数值模拟方法。该方法将随机输入下的波动分析问题转换为虚拟激励下的确定性波动分析问题,非线性土体峰值剪应变的统计特征可通过剪应变均方差和峰值因子获得。结合具体算例及M on te—C arlo模拟方法对所提出方法的合理性进行了验证,在此基础上应用该方法对一致激励下实际工程场地的地震动相干性进行分析,结果表明场地的局部条件对地震动相干性有重要影响。     

端承桩‑土动力相互作用的频域子结构分析方法∗

对动力荷载作用下桩‐土相互作用问题,将桩和结构等效为一维杆、土体假定为黏弹性介质,提出了一种桩‐土动力相互作用的频域子结构分析方法。首先,基于连续介质力学方法,通过引入势函数对土体振动方程进行解耦, 根据边界条件推导桩周土体位移和应力的表达式,并结合桩‐土耦合连续性条件推导出均质土体中水平抗力表达式。之后,基于有限元方法将桩和结构采用梁单元离散,进一步通过有限元离散得到土体水平抗力与桩位移之间的动力刚度矩阵,并将其与桩和结构的动力刚度矩阵耦合形成耦合有限元方程,从而建立了结构‐桩‐土体系动力响应的频域子结构模型。最后,通过 Abaqus 软件中的三维有限元模型对该方法进行了验证;利用提出的模型分析了土体动力刚度、土体阻尼和土体模型等对结构动力响应的影响,并分析了地震动一致和非一致激励对结构地震响应的影响。     

不同阻尼情况下的反应谱分析

本文从随机过程的理论出发,导出结构在平稳和非平稳反应下,不同阻尼的反应谱和标准反应谱的转换公式,并讨论了地震波持续时间和场地土在不同阻尼情况下对反应谱的影响。     

桩—土—结构相互作用体系的地震响应

本文分析研究桩-土-结构相互作用体系的地震响应.采用Novak的阻抗函数来模拟桩-土之间的相互作用.并将桩-土-结构作为一个整体,应用传递矩阵,直接求出在地震荷载条件下结构位移响应.通过快速付氏变换将频域中解转换成时域中解.     

软土地区地表结构对盾构隧道地震响应影响的风险分析

本文基于ABAQUS有限元软件建立了软土地区地表结构-土-隧道相互作用的非线性有限元模型,地表结构采用置于刚性筏板基础的单自由度体系模拟。考虑地表结构的有无,不同的土体模型及地震荷载,通过水平地震作用下的动力时程反应分析,研究了地表结构对盾构隧道周围土体以及衬砌地震响应的影响。研究表明,地表结构的存在会增大隧道周围土体地震响应,从而引起隧道结构变形以及动态内力的显著增加,同时发现采用弹塑性分析下的隧道地震响应大于采用黏弹性分析。因此,地表结构作用是影响盾构隧道响应的重要因素,综合分析地表结构-土-隧道作用下的结构动态响应有助于更合理的预测地震荷载下盾构隧道结构安全风险。     

基于人体动力学模型钢楼梯振动舒适度及其控制研究

基于人体动力学模型研究钢楼梯人致振动舒适度问题,并利用TMD对其振动进行控制。采用移动质量-弹簧-阻尼的单自由度体系模拟人体动力学模型,将模型施加在钢楼梯有限元模型上,运用完全时程方法得到钢楼梯在人-结构动力相互作用下的动力响应,并对比分析不考虑人-结构动力相互作用时的动力响应,以峰值加速度为指标评估该楼梯的振动舒适度;对振动过大的钢楼梯,采用3种不同优化模型的TMD进行振动控制。结果表明:行人步频的倍频与结构自振频率相近时,考虑人-结构动力相互作用时结构加速度峰值多则会减小20%以上;3种不同优化模型的TMD都能够有效减小楼梯的振动响应,建议优先选用Warburton参数优化模型。     

地震作用下土⁃结构相互作用的简化时程分析∗

基于黏弹性边界和将场地地震反应转化为等效荷载的有限元直接法是目前进行土?结构相互作用分析的常用时程分析方法之一。该方法具有严格的理论基础且计算精度较高,但在商业有限元软件中施加黏弹性边界和由场地反应确定的等效地震荷载时,需要使用者编制程序书写命令流文件。本文建议一种动力时程简化分析模型, 即计算模型侧边界采用滚轴或绑定边界、底边界强制自由场反应。首先基于一维等效线性化场地反应分析软件 EERA,明确了分别给定岩石地表记录、基岩记录和场地地表记录条件下,正确实现场地反应分析的做法,表明在相同地震下三种分析能够得到相同的场地反应结果;然后给出动力时程简化分析过程;最后通过一层两跨地铁车站的地震分析,表明该方法具有较高精度,满足工程需求。     

地震作用下结构的提离摇摆效应研究现状及进展∗

在强烈的地震作用下土-基础-结构相互作用体系不可避免地发生基础与地基接触面分离的非线性行为.已有研究表明这种基础提离摇摆行为有利于结构抗震,利用地基与基础接触面处的非线性及地基土的塑性变形等消耗大部分地震能量,使原本在上部结构形成的塑性铰转移到地基土,减小上部结构的塑性变形并防止其倒塌,从而确保上部结构的安全.首先介绍经典的考虑基础提离摇摆的结构地震响应计算模型和研究方法,从不同结构类型角度分别介绍结构提离摇摆响应的研究,并将得到的主要结论进行总结.建议加强大震下结构提离摇摆非线性行为精细化计算方法、结构摇摆响应谱以及相应的大比例结构模型试验验证等关键环节的研究,以更准确地确定摇摆结构地震响应规律,并将其推广应用于工程实际.     

基于复模态法的风电塔架体系地震反应分析

以往对风电塔架研究大多采用刚性地基的假定,忽略土—结构的动力相互作用。然而风电塔架在实际地震时,由于地基的柔性和无限性,使得按刚性地基假定计算出来的结构动力特性和动力反应与将地基和结构作为一个整体计算出来的结果有较大差别。因此,考虑土—结构相互动力作用(SSI)的风电塔架地震响应分析研究十分必要。以华能阜新风力发电塔架为例,基于复模态法分析考虑土—结构相互作用风电塔架地震响应,首先建立土—风电塔架体系计算模型,采用Novak模型对伐板的复刚度、复阻尼计算,然后建立土—风电塔架相互作用体系的地震反应方程,采用复模态分析方法对结构地震反应求解,可供风电塔架抗震设计参考。