地震条件下抗滑桩有限杆单元时程法与离心机模型试验研究

地震条件下抗滑桩计算主要是基于岩土体动力应力应变关系的数值法和拟静力法,前者误差很大,后者不能考虑地震的时程作用.采用弹性地基梁理论、有限杆单元法(矩阵位移法)理论、多质点有阻尼体系动力反应的振型叠加法理论和Reyleigh阻尼理论,提出一种抗滑桩计算方法,用于地震条件下抗滑桩时程法分析计算,并给出了地基系数的比例系数...     

利用小波变换技术求解钢筋混凝土框架地震反应

基于离散正交小波变换的快速Mallat算法,用紧支集正交小波db6对地震动加速度时程进行了分解,随后将该分解结果用于求解多自由度弹性体系的地震反应。通过实例计算,发现小波变换法的计算结果与用振型分解法计算的结果较接近,说明该方法用于地震反应分析是可行的。     

索杆结构非线性地震反应分析的设计反应谱法

基于结构体系刚度概念,将索杆体系各主振型的荷载-位移关系表达为等效单自由度(ESDF)体系的受力-变形关系;将ESDF体系刚度表达为其位移的二次函数;运用随机等效线性化方法,将ESDF体系的非线性刚度等效为线性刚度ke,推导得出ke与ESDF体系位移响应d的关系式;联立刚度-位移格式的设计反应谱表达式及ke-d关系式,求解ke及d,得出整体结构地震反应.以六边形索杆结构为例,分别采用本文方法、时程分析法和线性振型叠加法计算结构位移响应,结果表明,本文方法所得结构位移值与时程分析值偏差仅为10.8%,精度明显高于线性振型叠加法.     

基于整体刚度参数的空间结构模态推覆分析

由于空间结构具有三维受力特性,用静力推覆方法计算其地震反应存在如下问题,结构代表性节点荷载-位移关系难以选择、结构荷载-节点位移-支座反力之间的对应关系不够直观、结构能力曲线难以确定.利用振型形态确定荷载模式,对空间结构进行静力弹塑性分析;引入结构整体刚度参数,得出不依赖于支座反力变量的各主要模态的等效单自由度(ESDOF)体系力-位移关系;结合模态周期值,确定ESDOF体系等效质量,并将该体系应用于模态推覆分析.数值算例分析结果表明,基于整体刚度参数的模态推覆分析方法可避免空间结构能力曲线难确定的问题,计算耗时仅为时程分析方法的10%,沿地震输入方向计算得到的结构节点位移结果相对时程分析结果的平均误差为28%.     

基于位移荷载输入动力时程法的误差分析

针对使用位移荷载作输入时存在的一些问题,从时间步长、质量与静动力参与系数、振型截取几个方面对使用位移荷载作多点输入时存在的误差进行分析.通过对比分析发现,位移荷载与加速度荷载存在根本的不同,前者会激发大量的振型,以致用来估计加速度荷载误差的90%质量参与法则不适用于位移荷载;对于位移荷载输入时需要0.001s甚至更小的时间步长,才能获得精确的结果;采用振型叠加法的振型截取可能会引起构件内力的较大误差,需要采用较高的振型数量来减小误差.     

考虑高阶振型push-over分析与应用

对于中、低桥墩采用传统的push-over分析方法是可行的。然而对于高墩,由于其具有截面尺寸大、结构周期长、墩身质量大等特点,忽略桥墩自身的惯性力以及高阶振型的贡献会导致较大的误差。为了考虑高阶振型的影响,采用模态push-over分析方法对独立桥墩模型进行了分析,结果表明:模态push-over分析方法所得结果与时程分析方法结果吻合较好。在计算中,可根据振型参与系数初步判断高阶振型的影响,恰当选择少量的振型从而获得较好的结果,以便减少计算工作量。     

高耸钢筋砼筒体-钢框架塔台结构的地震响应

以首都机场新塔台结构缩尺模拟地震振动台试验模型为研究对象，采用时程分析法分析高耸塔台结构各振型的地震响应，并对这种上下部由不同材料组成的复合结构(下部为钢筋砼筒体。上部为钢框架结构)的非经典振型阻尼比进行了探讨．研究结果表明，该结构地震位移响应可以不考虑高振型的影响，但应考虑高振型对地震响应内力的影响、该结构在地震作用下的运动方程可近似采用实模态强振解耦法．用现行规范方法求解地震响应时应对规范的地震影响系数进行修正，以消除计算误差．研究结果为提出这类复合结构体系抗震计算模型和设计理论提供了依据．     

单层柱面网壳的风振响应

在脉动风作用下单层柱面网壳结构的风振响应与一般高层高耸建筑的响应有较大的区别，其主要贡献模态一般不是第一模态，而往往分布在前数十阶模态．寻找对网壳结构风振响应有主要贡献的模态具有重要的意义．文中采用考虑高阶振型共振响应的综合模态法，计算了单层柱面网壳的风振响应，分析了自振频率、阻尼比等因素对共振响应的贡献，讨论了计算综合模态时所需的振型数；针对结构自振频率的密集性，揭示了考虑振型互相关性的必要性、影响振型互相关性的因素和计算振型互相关性所需的振型数，并给出了具体结构的位移风振系数和内力风振系数．     

高耸钢筋砼电视塔结构地震反应的高振型影响分析

采用基于振型叠加法的结构地震响应时程分析方法，求出各阶振型分别在高耸钢筋砼电视塔结构地震反应中的贡献，从而分析了高阶振型在该类结构地震反应中的影响程度，分析结果可供该类结构的抗震设计参考。     

弹性楼层能量反应的振型非耦合简化表达

为了深入了解地震作用下结构内部能量反应特征,文章利用振型分解理论,针对剪切层模型结构,研究楼层弹性能量反应的简化计算方法;提出了刚度模态矩阵的概念,并给出了振型分解下楼层弹性能量反应的表达式;结合振型正交性,提出了楼层弹性能量反应的振型非耦合简化表达式。算例表明,考虑能量简化表达式后,总能量反应误差降低了数个数量级;简化式忽略了各自由度上各振型贡献间耦合做功,计算能量反应具有低的计算复杂度,适合频率分布稀疏的剪切型建筑结构模型。     

大跨度拱桥模态降阶控制中的控制模态选择

在模态分析的基础上对大跨度拱桥进行模型降阶,以用于拱桥的减震控制设计。对大跨度拱桥模型降阶控制中控制模态的选择方法进行改进,提出按最大模态位移方法确定控制模态。该方法考虑外部激励的影响,克服了振型贡献率只考虑结构动力特性选取控制模态的缺点。以西藏尼木大桥作为算例,通过频域分析和时域分析来验证降阶模型的有效性。数值分析结果表明,对于要考虑多点地震激励的大跨度拱桥结构,采用最大模态位移的方法选择的控制模态更合理,从而得到的降阶系统也更符合原模型的性能。     

质量时变系统的动载荷识别

研究质量时变系统的动态载荷识别技术,引入广义模态概念,在初瞬时的模态空间中利用模态叠加法得到部分解耦的动力学方程,结合考虑质量变化效应的虚拟变形法和Duhamel积分,构建反演动态力的2种分析途径.一种是基于加速度反演的连锁递推格式,另一种是基于位移和加速度反演的正则化求解格式.分析2个动载荷作用下的变质量多自由度系统,利用Euler中点辛差分方法求得系统的响应,将其叠加随机噪声以模拟测点响应,然后,应用2种模态力反求格式反演动载荷.研究结果表明,连锁递推格式计算效率高,但对加速度测量噪声敏感;正则化求解格式的稳健性较高.     

一种对多层建筑随机地震响应控制的新方法

为了降低多层钢筋混凝土框架结构的地震响应，建立了包含TMD与LRB贡献在内的结构非线性运动方程.采用复模态理论解耦由结构第一阶振型展开得到的非经典阻尼、非对称刚度和质量的方程，编制了以第一振型表示的结构随机地震响应解析解的求解程序，并通过与确定性算法计算结果的比较，验证了求解程序的可靠性.研究结果表明:TMD+LRB联合控制比TMD控制能更显著地降低结构位移和加速度响应.     

改进频率相关黏性阻尼模型的时程计算方法

复阻尼模型的时域计算结果不能稳定收敛. 迟滞阻尼模型存在能量耗散与实际不符以及非线性的缺陷. 针对复阻尼模型和迟滞阻尼模型的缺陷,本文依据频域转化原则得到了频率相关黏性阻尼模型. 为实现结构体系的时程计算,基于加速度与位移的关系假定,进一步得到了改进频率相关黏性阻尼模型.改进频率相关黏性模型保留了结构每周期耗散能量与外激励频率无关的优点,同时克服了迟滞阻尼模型中能量耗散与实际不符的缺陷,还保证了单一振动频率下单自由度结构的线性特征.假定时间步长内结构处于单一频率的简谐振动,引入常平均加速度法,提出了单自由度体系的时程计算方法. 在此基础上,结合模态叠加法,推导了多自由度体系的时程计算公式. 算例结果表明,改进频率相关黏性阻尼模型可克服复阻尼模型频域法的缺陷,同时有效避免复阻尼模型时域法计算结果的发散现象.     

框架面板式构型卫星冲击响应特性分析方法

框架面板式构型卫星火工品作动时产生的高量级、高频响冲击载荷会导致星上单机设备的损伤,然而板杆耦合的力学特性导致冲击载荷的传递及衰减特性差异很大,分析评估关键部件的响应准确性差.本文通过直接积分法和模态叠加法对框架面板式构型卫星进行瞬态响应分析,比对两种求解方法优缺点并分析影响计算结果精度和时长的可能因素.仿真数据表明,对于爆炸冲击这类作用时间极短、高频成分占激起响应较大比重的载荷,模态叠加法虽然可以通过截断模态选取范围,调整时间步长解决直接积分法计算量大、运算次数多、计算时间长的问题,但易忽略高阶模态、影响计算结果的准确性.通过与地面试验验证结果比对,直接积分法更适应于框架面板式构型卫星的冲击响应分析.     

超大跨斜拉桥地震行波效应分析

对多点激励下的振型方程进行了推导,简化成类似于一致激励下的振型方程形式,导出多点激励下的振型参与系数和振型等效地震波,从而可由反应谱判断多点激励对结构振动的影响.以一座试设计的主跨1 400m斜拉桥为例,采用振型分析法分析了考虑行波效应的超大跨斜拉桥振动机理。通过拟静力法分析了行波效应引起的各支承点地震动位移的差异对超大跨斜拉桥结构变形的影响,同时,利用位移输入法,对超大跨斜拉桥进行了地震时程分析,研究了行波效应对超大跨斜拉桥顺桥向耗能体系地震损伤的影响.研究结果表明:行波效应减小了耗能辅助墩的耗能作用,增大了桥塔的地震损伤,对超大跨斜拉桥顺桥向耗能体系地震反应的影响是不利的.视波速为1 000~3 000m·s-1范围内的长周期地震动作用下行波效应的影响尤为显著,因此在超大跨斜拉桥地震反应分析时必须考虑.     

地震作用下重力坝非线性振型响应的耦合性分析

以结构初始弹性振型为基向量,将地震荷载向量展开为振型荷载的组合。以Koyna重力坝为例,采用混凝土损伤塑性模型和非线性时程分析法,计算各振型荷载引起的大坝非线性响应。取地震加速度峰值为0.5g,给出了Koyna、El Centro实测地震波和1种人工地震波作用下大坝前5阶振型荷载引起的坝顶位移响应。结果表明,非线性情况下,坝顶位移响应依然由与荷载分布相同的振型分量主导,重力坝振型响应具有弱耦合性。     

地震作用对钢桁梁桥车桥系统耦合振动的影响分析

为了研究地震对车桥系统耦合振动的影响,采用最小二乘法对地震加速度进行校正拟合,消除位移时程因直接对加速度时程积分出现的漂移现象。根据弹性系统动力学总势能不变值原理及形成矩阵的对号入座法则,将轨道不平顺作为系统的自激激励源,地震作为外部激励,建立考虑地震作用的车桥系统耦合振动方程。并以某钢桁梁桥为例,采用计算机模拟的方法,建立列车和桥梁动力分析的有限元模型,研究地震对车桥系统耦合振动的影响。研究结果表明:在地震作用下,桥梁的动力响应主要取决于地震力,横向地震波对车辆与桥梁的横向动力响应具有非常重要的影响;竖向地震波主要影响车桥系统的竖向振动,对横向振动影响很小;但是,竖向地震波对脱轨系数、轮重减载率、车体竖向加速度的影响较显著,因此,在评判桥上列车的运行安全性时必须考虑竖向地震波的影响。     

漏斗形开敞式膜结构的风致振动效应分析

采用谐波叠加法模拟风速时程,将风速时程转换为风荷载时程施于漏斗形膜结构,分析膜结构风振响应,获得结构各区块风致动力放大系数.计算表明：漏斗形敞开式膜结构各节点位移响应较为稳定且具有周期性,速度响应曲线和加速度响应曲线均较稳定;结构表面不同部位的风振响应差别较大,迎风面的风致动力放大系数较高,背风面风致动力放大系数平缓.     

纵轴式掘进机截割系统模态仿真及试验研究

为了研究纵轴式掘进机截割系统动态响应特性,基于Pro/E和ADAMS联合建立了截割系统振动分析动力学模型,并通过施加简谐激励对截割系统进行受迫振动特性分析,得到3处响应敏感的共振频率;采用锤击法对掘进机截割系统施加激振力,进行试验模态研究,选取复模态单自由度拟合法进行数据拟合,得到截割系统在竖直方向上的前5阶试验模态参数。研究结果表明：第1阶、第2阶试验模态固有频率分别与20 Hz、120 Hz仿真共振频率相近,第3阶、第4阶和第5阶试验模态固有频率则没有相近的仿真共振频率与其对应,这说明采用简谐激励进行振动仿真并不能完全激励出截割系统的共振响应频率,而采用试验模态分析法,在验证仿真分析结果的同时,还可获得更为完整的截割系统模态参数。