使用新算法的剪切型子结构振动台试验稳定性

提出了使用无条件稳定显式Chen-Ricles(CR)积分新型算法的剪切型子结构振动台试验方法,包括子结构划分以及试验流程图.通过推导子结构的运动方程进行子结构方法的数值验证,考虑了两种不同量级试验子结构频率的情况.结果表明:当试验子结构频率较小时,子结构方法可以保证稳定性和准确性,反之则不能.最后利用离散控制理论推导出子结构方法方框图的离散闭环传递函数,通过求解传递函数的极点位置判断离散系统的稳定性,进一步论证了数值模拟发现的结果.     

多层框架结构远程协同拟动力试验方法研究

针对国际土木结构试验的网络化发展的趋势,研究了多层剪切型结构模型的远程协同拟动力试验方法,建立了任意选取层子结构时整体结构的动力方程,通过分析三层房屋结构不同的子结构选取方式来研究试验子结构边界条件的模拟.为了验证该试验方法,进行了四层框架结构的远程控制拟动力试验.通过两种不同的子结构选取方式进行对比分析,试验结果表明,本文提出的试验方法是可行的,也为异地不同的实验室之间同时进行数个子结构的多层房屋结构的远程协同拟动力试验提供了可能.     

滚动摩擦隔震结构实时拟动力试验数值积分方法

推导了修正Newmark—β方法动力反应计算公式,用于对采用滚动摩擦隔震系统结构实时拟动力试验中非线性动力方程数值积分求解。将整体结构分为三部分：隔震子结构、试验子结构及计算子结构。对隔震子结构及试验子结构采用显式算法,而对计算子结构采用隐式算法,数值计算结果表明改进后的计算方法比显式算法的稳定性有所改善,降低了实时拟动力试验对数值计算稳定性的限制。     

层间隔震结构减震机理的数值模拟分析

以振动台试验模型为背景,隔震垫采用铅芯橡胶隔震支座双线性滞回阻尼和粘滞阻尼的粘塑性分析模型,隔震层采用粘塑性分析模型,建立层间隔震结构的动力运动方程.同时,使用有限元分析软件ANSYS对该试验模型进行非线性有限元动力分析,获得层间隔震结构在地震动下的响应.分析结果表明,隔震层位置越低,隔震效果越好.随着隔震层设置位置下移,层间隔震体系在结构动力特性上体现为前两阶模态质量参与系数的比例发生变化.在中间层隔震区域,隔震层上部子结构反应基本上由一阶振型决定,而下部子结构反应却以二阶振型为主.隔震层上部子结构层间位移较稳定,可以近似为平动;下部子结构层间位移呈现抛物线状,且下部结构最大层间位移常出现在下部结构的中间位置.     

高层隔震结构等效模型研究

为研究高层隔震结构的动力性能,尝试用隔震层上部子结构前两阶频率和前两阶振型与悬臂等截面直杆剪切相似且考虑上部结构总质量不变的准则推导高层隔震结构3质点等效模型.所推导的上部子结构2质点模型和全结构3质点模型较好地考虑了高阶振型的影响,分别较好地等效了剪切型高层抗震结构和隔震结构,同时发现高层隔震结构的振型质量参与系数无...     

Rosenbrock耦合积分方法及其收敛性分析

做为一种集计算机模拟和现场试验为一体的混合试验方法,实时子结构试验的关键在于如何保证数值子结构和试验子结构的实时耦联,这就需要高效的数值积分方法.文中在Rosenbrock实时积分方法的基础上,提出了一种具有完全并行计算格式的耦合积分方法.基于单自由度分离质量模型,对该耦合积分方法的稳定性和精度进行了理论分析.然后通过三自由度分离质量模型的模拟,验证了该方法的收敛性和其他算法性能.理论分析和数值模拟结果表明,该方法具有良好的稳定性和二阶精度,与直接积分方法相比更适合用于复杂结构的实时子结构试验及类似的并行模拟.     

考虑动力相互作用的变电站数值模拟和损伤评估

基于主-子结构动力相互作用机理、隐式动力学数值模拟分析及振动台试验,对考虑主-子结构相互作用的变电站结构体系的抗震性能及破坏模式开展了系统研究,分别从内力、位移、加速度等多方面进行了结构体系的地震反应分析,得到了电气设备与主体结构的相互作用机理及电气设备的动力放大系数,并定量分析了动力特性和地震响应值;提出了主体结构的抗震性能目标;基于位移修正系数法建立了变电站主体结构的层损伤评估模型和整体损伤评估模型,并通过振动台试验验证了所提出损伤评估模型的正确性.研究结果对同类生命线工程和具有复杂设备工业建筑的抗震设计和震损评估具有重要借鉴作用.     

基于随机概率密度演化的结构-TMD参数优化

基于地震载荷随机性的事实,以及传统的采用特定地震波研究结构控制条件具有严重缺陷的问题,本文提出以结构最大层间位移作为控制指标,基于概率密度演化理论,采用改进遗传算法对TMD参数进行优化的设计方法.该方法结合改进遗传算法以及概率密度演化方法,充分考虑了随机性对结构影响的本质,根据随机载荷下结构-TMD控制体系中结构层间位移响应和动力可靠度的前后对比,说明优化方法的优越性.以三层剪切型混凝土框架结构-TMD参数优化为例,验证所提方法的正确性,为随机激励下的多自由度结构-TMD系统优化设计提供了一条新的解决途径.     

两阶段框架结构非线性损伤检测

在改进协同PSO算法的基础上,结合分形理论,提出一种两阶段剪切型框架结构非线性损伤识别方法.第一阶段利用Gabor小波变换得到结构各层层间位移的时频特性,并通过盒计数方法计算各层层间位移时频特性的分形维数,初步定位非线性损伤;第二阶段利用改进协同PSO算法精确定位损伤位置和识别模型相关参数.最后通过一栋五层Bouc-Wen框架模型验证了所提方法的有效性,并探讨了容噪性及与其他方法性能的差异.研究表明,所提方法能较好地用于非线性损伤识别,具有良好的容噪性、鲁棒性.     

NetSLabOSR远程协同拟动力试验平台的开发研究

为了推进拟动力试验方法的研究与应用,基于NetSLab提供的通讯功能,开发了通用建筑结构远程协同拟动力试验平台NetSLabOSR.NetSLabOSR运用NetSLab所提供的通讯模式,从结构远程协同试验的角度,解决了异地计算机之间远程通讯问题,实现了操作信息的传送控制、及时反馈.采用自带的数值模拟功能和利用OpenSees进行数值模拟,NetSLabOSR试验平台能够实现传统本地子结构拟动力试验和分布式远程协同子结构拟动力试验.利用NetSLabOSR试验平台,对钢管混凝土柱-钢梁组合平面和空间框架结构进行了子结构拟动力试验研究.子结构拟动力试验验证了NetSLabOSR试验平台的有效性、稳定性,且具备良好的通讯性能与试验精度.     

一种改进的有限元子结构静凝聚并行算法

提出一种新的有限元子结构并行算法。本方法利用改进的Choleski分解进行静凝聚以求得有效刚度阵和载荷阵。计算结果表明,本方法的运算速度优于矩阵分解法和传统的子结构方法。     

基于模型缩聚-频响函数型模型修正的子结构损伤识别方法

由于大型复杂结构参数识别困难,提出将频响函数型模型修正方法与子结构方法结合进行损伤识别。构造一个关于损伤频响函数的优化方程。通过子结构有限元模型向损伤后频响函数修正的过程,识别损伤参数。以一个三层平面刚架为数值算例,计算结果表明该算法对损伤参数较为敏感,识别精度较高,可以准确识别出预设的子结构损伤单元和损伤程度。     

约束子结构法的一种改进

在动态分析中利用有限单元法,常常会导致大规模的矩阵,通常利用子结构的模态综合来减缩矩阵的阶数.本文提出一种新的方法,以减缩约束子结构模态综合中的连接坐标.基于相继缩聚,在Craig方程中的对接结点位移即可逐次消去.因而这种方法克服了经典减缩中所存在的缺点,可连续使用约束子结构法,直至最后一级系统的连接坐标维数被减缩到容许的规模为止.数值计算结果表明,本文改进的减缩方法是有效的.     

直接迁移子结构法及在叠积电抗器抗震分析中的应用

针对工程中常见的链式结构的特点,将频响函数和迁移矩阵引入动态子结构方法中,提出了简单高效的直接迁移子结构方法.该方法用子结构的部分特征对来直接计算子结构的频响函数矩阵,从而组成各子结构的迁移矩阵.运用综合求解,可得到整体结构的特征对与谐和激励响应,不仅可大大提高计算效率,而且使主模态的求解变得简明.用此方法计算了三相叠积电抗器的固有频率,根据虚拟激励法把随机载荷转化为虚拟谐和激励,并计算了该结构的随机地震响应.计算结果表明,用直接迁移子结构法求解三相叠积电抗器的固有频率可以节省5/6的计算时间,计算随机地震响应则至少可以缩短1/3的计算时间,从而证明了直接迁移子结构法的有效性和在工程中的实用性.     

考虑土-桩筏基础-结构的共同作用的层间隔震结构地震响应

层间隔震结构是一种新型隔震体系,近年来其隔震性能受到各国学者关注.采用有限元软件ABAQUS建立了层间隔震结构三维整体空间模型,考虑地基土-桩筏基础-上部结构的共同作用(soil-structure interaction,SSI),进行地震作用下的非线性动力响应分析.研究了考虑SSI前后的层间隔震结构体系振动特性及动力响应,通过改变基础底部不同土层性质、不同桩长,探讨各因素对考虑SSI的层间隔震结构的影响规律.结果表明:不考虑SSI的层间隔震结构基底剪力、各层位移明显大于考虑SSI的情况;基底采用硬土层时的基底剪力、各层位移大于采用软土层时的情况;深桩基础相比浅桩基础的周期小、基底剪力、顶点位移、各层位移均增大.     

列主元SVD-QR方法修剪策略参数调整的D-FNN算法研究

针对动态模糊神经网络,提出了列主元SVD-QR方法修剪策略与参数调整的新算法。其中采用列主元SVD-QR方法修剪策略从给定的规则库中提取最重要模糊规则,使得网络结构不会持续增长,避免了过拟合及过训练现象;采用扩展的卡尔曼滤波方法把全局算法划分成线性和非线性部分,线性和非线性参数可以分别被更新,从而可以达到快速的学习速度。通过对血压的控制来验证所提出算法的有效性,结果证明了列主元SVD-QR方法修剪策略参数调整的D-FNN算法具有良好的性能。     

考虑反演及桩土相互作用的拟动力试验方法

考虑桩-土-结构相互作用,建立整个结构体系试验模型,在土槽试验室模拟框架结构在地震作用下的反应.在考虑桩-土相互作用的拟动力试验中,由于下部结构的不可控性和土体的不确定性,提出采用反演分析识别下部结构的动力反应,试验中通过传感器有效获取下部结构状态信息,利用这些测试信息作为反演分析的基础数据,确定桩-土工作状态,运用子结构的概念完成整个结构体系的拟动力试验.以某框架为例,采用考虑反演分析的试验方法、等效线性化方法以及刚性地基假设方法,探讨地震作用下结构反应的不同.试验及模拟分析表明,地震作用下,土体较早地进入了塑性阶段,结合反演分析的该试验方法能更好地模拟包括桩土在内的整个体系在地震下的反应.考虑反演分析试验方法的结构顶端位移最大,等效线性化方法次之,刚性地基假设最小;考虑反演分析试验方法的层间位移角和层间剪力最小,固定基础假设最大.