考虑随机效应的人行激励反应谱分析

人行荷载受到步频、步长、行人自重、各阶谐分量动载系数和相位等参数随机性影响而具有显著的随机性,这导致其荷载反应谱的随机性.本文给出了考虑到上述随机因素的反应谱,并且引入以均匀试验为基础的反应谱计算方法解决计算工作量的问题.按照均匀试验构造代表性人行荷载时程的随机样本,在各个跨度、阻尼比的梁式结构上进行时程分析,获得反应谱曲线,在此基础上运用响应面和可靠度分析得到了具有指定保证率的峰值加速度谱,并进行了频率、阻尼比和跨度等因素的敏感性分析,给出了最大加速度谱的一般计算式.     

跳跃荷载下大跨楼盖的振动加速度反应谱

利用实测92人次506条跳跃荷载记录,计算每条记录的单自由度系统加速度峰值及10s和1s移动均方根峰值等反应谱曲线,并在此基础上提出了面向工程设计的反应谱表达式.由试验数据的分析获得了不同阻尼比和保证率下的反应谱参数及不同响应代表值间的转换关系.结合振型分解反应谱思想,可由建议反应谱计算单人跳跃下楼盖的动力响应.通过与模型试验和工程实测的对比验证了反应谱方法的可行性,可用于楼盖的振动舒适度设计.     

行人动力学参数对大跨简支人行桥人致振动的影响分析

为研究行人动力学参数对大跨结构人致振动的影响,采用等效人体模型参数识别试验研究了人体模型的自振频率和阻尼比,编程求解了考虑人-结构竖向相互作用的人行桥人致振动方程,讨论了人体质量、人体刚度、人体阻尼及人行荷载等行人动力学参数对人行桥动力特性及人致振动响应的影响规律.结果表明,人行荷载模型中人体质量可取中国男性居民平均质量66.2 kg.等效人体模型的自振频率和阻尼比分别取为5.15 Hz和35.62%.人行荷载作用下,人行桥一阶瞬时频率先减小后增大,一阶瞬时阻尼比先增大后减小.随着人体质量或人体等效阻尼的减小,瞬时阻尼比和频率的变化幅度均有所减小,但随着人体等效刚度的减小,两者的变化幅度均有所增大.人行桥跨中均方根加速度响应随着人体质量或人体等效刚度的增大也相应增大,而人体等效阻尼对人行桥加速度响应的影响较小.采用不同人行荷载模型计算的人行桥均方根加速度最大值是最小值的1.83倍.     

环境激励下人行桥振动时频分析

为研究人行桥在不同环境激励下的振动响应规律,采用Hilbert-Huang变换对某人行桥在噪声激励、车辆荷载、行人荷载以及车辆-行人荷载耦合激励条件下的加速度响应进行分析。结果表明：噪声激励、车辆荷载、人行荷载、车辆-行人耦合激励条件下人行桥的加速度响应幅值逐渐增大,脉冲指标呈逐渐增加的趋势,功率谱幅值不断向高频段偏移。四种激励下,人行桥的加速度响应经过EMD分解后的前五阶IMF的方差贡献率及相关系数较大,且瞬时振幅和瞬时频率呈减小趋势;其能量分布随加速度幅值的增大逐渐增大,车辆荷载作用下其能量熵值最小,能量分布相对均匀。Hilbert-Huang变换对处理复杂环境激励下的桥梁振动响应具有较好的识别效果,本文的分析过程可为同类振动信号处理所借鉴。     

人行荷载模型与人致结构振动试验研究

为建立大跨楼盖结构人行荷载模型及人致振动分析方法,开展了楼盖模型结构人致振动试验研究.基于实测的动荷载因子值,建立了人行荷载傅里叶级数模型.依据结构动力学原理,建立大跨楼盖结构人致振动方程,采用Wilson-θ法及有限元分析计算大跨楼盖人致振动响应.基于7.7 m×4.7 m楼盖模型结构,开展了单人及多人不同行走频率工况下的人致结构振动试验,讨论了模型结构人致振动加速度响应的变化规律,并对比分析了理论计算与试验结果.结果表明,多人固定步频行走下的结构振动响应明显高于自由行走下的结果.不同工况下的模型结构人致振动试验结果与计算分析结果均较为吻合.建立的人行荷载模型及人致振动分析方法能有效预测人行荷载激励下大跨楼盖的振动响应.     

人行荷载作用下大跨度梁加速度反应谱研究

加速度响应是舒适度评价体系的重要指标,同时由于结构设计阶段方案的频繁变更,如何快速有效地计算结构的加速度响应尤为重要。首先基于标准行人激励荷载模型,采用APDL建立大跨度简支梁在标准行人激励下的有限元的计算模型;然后对不同步频、阻尼、跨度及边界条件下的动力反应进行时程分析,得到最大加速度反应谱曲线;最后与部分学者推荐的结果进行比较分析。总体而言,标准行人激励荷载模型较为准确;且通过有限元分析消除了数值分析时用梁的挠曲函数代替梁横向位移反应产生的误差;并且解决了用第1振型加速度响应代替结构的加速度响应结果偏小的问题。     

轻质高强微膨胀混凝土加固拱桥的动力分析

探讨了采用普通混凝土、普通微膨胀混凝土和轻质高强微膨胀混凝土3种材料加固的拱桥的动力响应,建立了有限元计算模型并给出了相应的分析方法。对各种模型进行了振动频率计算,并应用反应谱法和时程分析法计算了其地震反应。结果表明,采用轻质高强微膨胀混凝土加固的拱桥适应变形能力强,荷载力分布均匀,具有良好的抗震性能。     

人行荷载下钢筋桁架叠合板振动舒适度分析

文章介绍了钢筋混凝土叠合楼板和人行荷载的一般特性;引入接触单元,利用有限元程序数值模拟计算钢筋混凝土叠合楼板的振动响应;分析了叠合面、现浇层厚度和钢筋桁架高度对叠合楼板自振频率的影响以及人行荷载下叠合楼板振动加速度及其舒适度,并与对应钢筋混凝土现浇板进行比较。计算结果表明,相同条件下,叠合楼板振动峰值加速度要比现浇楼板大,后浇混凝土叠合层厚度对楼板振动峰值加速度及舒适度影响明显,增加后浇叠合层厚度,有利于改善叠合楼板振动舒适度。     

柔性悬索桥动力特性与地震响应分析

文章采用非线性的有限元理论对柔性悬索桥进行抗震分析,采用反应谱法与动态时程分析法对该桥在地震荷载作用下的响应进行了分析,时程反应分析与反应谱分析的结果存在较大差异,分析认为对于大跨度的柔性结构,反应谱法已不能适用.结合该人行悬索桥设计,将大跨悬索桥的设计理论与柔性悬索桥的实际情况相结合,根据计算结果采取相应的工程措施,注重结构的安全性、适用性、经济性和美观性,充分发挥柔性悬索桥的交通通行功能,对悬索桥的设计具有指导意义.     

近断层地震加速度设计反应谱

研究了近断层地震的加速度设计反应谱,选择了30次地震,132组近断层地震记录作为统计样本,根据得到的实际地震波的平均弹性加速度反应谱,给出了近断层地震设计弹性加速度反应谱表达式,并在此基础上,给出了近断层地震设计非弹性加速度反应谱计算公式.研究结果表明:提出的近断层地震设计弹性加速度反应谱与实际地震波平均弹性加速度反应谱较为接近,所建议的近断层地震加速度设计反应谱形式较为简单.     

道路交通引起城市人行钢桥振动特性分析

为了研究道路交通引起的城市人行钢桥振动特性,基于线性动力学理论,采用MSC.MARC建立全桥三维模型进行瞬态动力分析.通过对人行钢桥简化模型的动力求解,拟合出动力变化系数与频率比关系曲线,并对道路交通荷载引起的人行桥振动问题进行理论分析.按照实际人群密度和实测道路交通荷载激励分别计算了人行钢桥的动力响应.分析结果表明,在道路交通荷载激励下人行桥上部结构的振动较大,对于自振频率较高的城市人行钢桥,道路交通荷载对人行桥振动的影响更为明显,城市人行桥振动控制应当考虑综合激励环境下的影响.     

基于单人步行载荷参数的随机人群载荷模型

采用人行通道步行载荷测试系统,测试分析得到了单人步行载荷参数.在此基础上,综合考虑了人群分布、行人步频、步长、初始相位等随机因素,建立了一种随机人群步行载荷模型.以某人行桥为例,应用ANSYS有限元软件,对该桥在随机人群载荷作用下的动力学响应进行了分析.通过与实验测试的对比分析,表明采用该模型计算的人行桥响应与实验结果吻合性较好,从而验证了该模型的合理性与有效性.     

阶跃荷载下功能梯度材料圆柱壳的非线性动力稳定性

针对阶跃轴压和阶跃侧压下功能梯度材料圆柱壳的非线性动力屈曲问题,由能量原理推导非线性动力平衡方程,采用变步长四阶Rugge-Kutta法进行求解,得到结构的响应曲线,结合B-R动力屈曲准则给出屈曲临界状态.数值结果表明:阶跃荷载下结构变形存在一占优模态,该模态相应的结构响应发生最早,且幅值最大;阶跃轴压和侧压荷载下结构的非线性动力屈曲荷载与其相应的线性静力屈曲荷载十分接近;在阶跃轴压荷载情况下,动力荷载将激发比静力荷载更高阶的屈曲模态;增加陶瓷组分含量将提高结构的动力屈曲荷载;线性温度分布与实际热传导温度场得到的临界荷载较为接近.     

基于AQWA的张力腿平台动力响应分析

为研究极端海况下张力腿平台(TLP)的动力响应性能,对一典型传统式TLP平台进行整体设计,并应用势流理论和波浪的辐射/衍射理论,结合水动力分析软件AQWA,考虑随机波浪载荷及风、流载荷的共同作用,对平台在极端海况下的动力响应进行了数值模拟分析,计算在多个不同入射角波浪作用下的平台六个自由度上运动的幅值响应算子(RAOs),模拟分析在极端海况P-M波浪谱作用下平台的动力响应和张力腿的运动响应.结果表明:波浪入射角的不同对平台垂荡运动的RAOs没有明显的影响,对另外5个方向运动RAOs的幅值有明显影响;张力腿提供的附加刚度,对平台上体纵、横摇及垂荡响应作用明显,对平台纵、横荡及首摇也有一定的限制作用;平台的动力响应主要由波浪荷载引起;张力腿在平台上体带动及流荷载作用下会产生较大幅度运动.总之,在张力腿的有效约束下TLP平台可以避开能量集中的波浪频率,表现出良好的纵、横摇及垂荡性能,而张力腿的安全和性能将成为平台安全和性能的重要指标.     

导管架平台的随机有限元可靠度分析

海洋工程中存在诸多的不确定性因素。从结构材料性能参数到所受到的主要荷载,无不存在随机性。传统的确定性分析方法已不能满足要求。以数理统计和概率论为基础的可靠性设计方法现在成为趋势。由于海洋荷载的复杂性,在导管架可靠性设计时,采用随机有限元和可靠性理论相结合的方法,及蒙特卡罗随机有限元法。采用功率谱密度方法对导管架平台进行波浪载荷作用下的随机动力响应谱分析。在考虑风载荷、波浪荷载以及海流荷载等不确定因素条件下,借助有限元软件ANSYS概率设计模块,用蒙特卡罗随机有限元法对结构可靠度进行综合评估。并分析各种载荷因素对平台可靠度的影响,得到了较满意的结果。     

阶跃载荷下功能梯度材料圆柱壳的非线性动力稳定性

本文研究了阶跃轴压和阶跃侧压下功能梯度材料圆柱壳的非线性动力屈曲问题。非线性动力平衡方程由能量法推导,并采用变步长四阶Rugge-Kutta法进行求解,得到结构的响应曲线,结合B-R动力屈曲准则给出屈曲临界状态。数值结果表明：在阶跃载荷作用下,存在一结构变形的占优模态使得结构响应最早发生,且其幅值也最大。阶跃轴压和侧压载荷下结构的非线性动力屈曲载荷与其相应的线性静力屈曲载荷十分接近。在阶跃轴压载荷情况下,动力载荷可能激发比静力载荷更高阶的屈曲模态。此外,文中还讨论材料组分与多种热环境对动力屈曲的影响。     

基于概率的工程结构动力响应分析

研究了结构动力响应的概率分析方法,推导了结构物理参数和作用荷载幅值同时具有随机性时结构动力响应随机变量的数字特征的计算表达式,提出了随机荷载激励下随机参数结构动力响应分析的求解方法.     

正交各向异性截锥壳的非线性动静力响应及稳定

分析了均布载荷作用下正交各向异性截锥壳的非线性动，静力响应，首先推导出了系统的控制方程接着利用Ｇａｌｅｒｋｉｎ法及Ｎｅｗｍａｒｋ法得到了问题的动力和静力响应曲线及在多种情况下动力稳定临界载荷的数值解。