滞后阻尼在土层时域分析中的应用

采用滞后阻尼假定 ,分别应用时域和频域分析方法对土层的地震反应进行计算 .在简谐波和地震波激励作用下 ,通过比较时域和频域的计算结果 ,探讨了在土层时域分析中 ,如何由滞后阻尼系数形成阻尼矩阵的问题 .利用实际地震波的分析结果 ,进行回归分析 ,得到一个阻尼系数转换频率取值的经验公式 ,从而为利用滞后阻尼系数在时域中进行土层地震反应分析提供依据     

基于复阻尼模型的改进时域计算方法

针对复阻尼运动方程自由振动解中存在发散项,导致其不可计算结构自由振动响应,同时基于复阻尼模型的时域计算结果不能稳定收敛的问题,在复阻尼模型的基础上,利用时频域转换得到改进时域运动方程;引入地震加速度在时间步长内是线性变化的假定,利用改进时域运动方程的特点,提出地震作用下基于复阻尼模型的改进时域计算方法.算例分析表明:相比复阻尼模型的时域运动方程,改进的时域方程可适用于结构自由振动响应的时域计算,且计算得到的地震作用下结构动力响应是稳定收敛的;相比基于改进时域运动方程的傅里叶级数法,本文提出的改进时域计算方法计算量更少,计算效率更高.随着阻尼比的增大,复阻尼模型的改进时域方法和黏性阻尼模型的时域方法计算结果差异逐渐增大.当结构阻尼比为0.5时,在部分地震波作用下两种方法计算得到的加速度峰值相对误差可达到20%以上.     

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.     

基于结构基频确定Rayleigh阻尼系数的优化方法及其讨论

对于一般工程结构而言,低阶振型在结构的动力反应中起主导作用,为此提出一种基于结构基频的直接确定Rayleigh阻尼系数的优化方法,以避免构造Rayleigh阻尼矩阵过程中选择两阶振型的任意性.以地震波反应谱随阻尼比变化的经验公式为基础,形成反应谱导数的近似计算公式,从而得到一个仅需地震波反应谱和结构模态分析结果即可综合考虑结构动力特性、地震波频谱特性的Rayleigh阻尼系数的计算方法.任意选择10条地震波对某自由场进行地震反应分析,通过对不同Rayleigh阻尼系数确定方法的分析比较,验证了所提方法的有效性.     

河谷地形对土层地震反应的影响

为了分析河谷对土层地震反应的影响,采用二维有限元法,对跨度500m的某河谷地形的土层进行地震反应分析. 为研究地震波传播过程对土层地震反应的影响,分析比较了一致地震输入和行波地震输入作用下土层线性和等效线性化地震反应的差异. 同时将有限元计算结果与层状土层的一维波动分析结果相比较,讨论河谷地形对土层地震反应的影响. 数值计算的结果表明:在水平地震输入作用下,由于河谷的存在,在河谷附近将会激起较大的竖向运动;与一致地震输入相比,在行波地震输入作用下,土层表面水平加速度反应减小,竖向加速度反应增大.     

隔震结构动力时程响应工程算法的精度对比

基于隔震系统对非比例阻尼动力响应的解偶效应,提出了可以计算任意多自由度体系时域动力响应的工程实用算法.引入一个实际隔震工程作为算例,在输入两种不同的地震波时,用本文算法计算地震响应,并与复振型分解法、双精度Fortran下的Wilson θ法及Matlab下的Simulink这三种方法的位移、速度和加速度时程曲线进行了对比,并分析了峰值响应误差.结果表明,本文算法与其它几种算法的时程曲线完全重合,当隔震阻尼比取值为设计阻尼水准时,具有良好的精度.     

土层地震反应分析中侧向人工边界的影响

用有限元法分析了在水平地震波激振作用下弹性、均匀土层中有限土域的取值范围对计算精度的影响 .主要探讨了在简谐荷载作用下 ,土层反应随侧向边界条件、迫振频率、阻尼和土层长深比 (l/h)的变化规律 .在此基础上 ,计算地震波作用下土层反应随l/h和阻尼的变化情况 ,为在应用有限元法进行土层地震反应计算时 ,确定有限土域范围提供依据 .并将这一结果应用于土 -结构体系的直接有限元法的分析中 ,计算河谷上的拱结构的地震反应情况 ,计算结果表明了数值计算的有效性     

阻尼效应的振动台模型试验研究

设计并进行了10层框架的模型振动台试验,分别进行了低频、中频、高频地震波模型试验.根据模型试验结果,应用不同模型试验数据分析方法——自由振动衰减、半功率法和HHT变换法,得出了模型结构前3阶自振频率及对应的振型阻尼比;再分别采用Rayleigh阻尼假定和Caughey阻尼假定,进行了相应模型结构地震反应的数值模拟,比较了不同阻尼模型之间的差异;较为详细地描述了根据试验结果作出较为合理的数值模拟的过程.     

隔震频率和阻尼对储罐抗震效果的影响

利用隔震储罐三质点力学模型,编程计算隔震储罐的地震反应,分析了隔震频率和阻尼对减震效果的影响.结果表明,采用适当参数的隔震基础,能够明显降低储罐的地震反应.在理想隔震频率范围内,隔震频率对储罐地震反应控制起主导作用,而阻尼的影响较弱,而且增大阻尼不一定降低储罐地震反应;当隔震频率大于6rad/s时,阻尼对地震反应的影响增强.     

改进的瑞利阻尼系数计算方法在岸桥结构地震反应分析中的应用

在对岸桥结构进行地震反应时程分析时,瑞利阻尼系数在很大程度上影响计算的精度.文中考虑了地震动的频谱特性和结构自身的频率特性,提出一种改进的阻尼系数的计算方法,使计算得到的阻尼系数更合理.采用不同的方法计算得到不同阻尼系数,并将这些阻尼系数分别设置在岸桥结构动力时程分析中,所得结果同振动台地震模拟试验所得的试验值进行了比较.结果显示:在不同的地震波激励下,当数值计算结果与试验值最接近时,其阻尼系数计算所采用的不是同一种方法;改进后的方法得到的阻尼系数能使不同地震激励下岸桥结构时程计算结果较好地符合试验结果.     

地面地震动时程向地层深处反演研究

根据线性滞回阻尼理论和土层的频域本构关系,以Matlab为平台编制了计算机程序,对水平成层土的暂态地震响应进行了频域内的反演,从而利用土层特性和地面地震动时程得到了地层深处的地震动时程,并在数值实验中采用SHAKE91程序进行正演验证。算例分析结果表明,该反演方法能够较好地模拟出地层深处的地震动时程。     

地震波动输入方法对高土石坝地震反应影响研究

将地震波动输入方法引入高土石坝地震反应分析程序,讨论了该方法在坝体与地基之间相互作用及无限地基辐射阻尼的模拟效果.为探讨地震波动输入方法对高土石坝地震反应的影响,从地震波频谱特性、坝体高度和地基模量三个方面开展了研究工作.分析结果表明:与传统的一致输入方法相比,地震波动输入方法可以考虑无限地基辐射阻尼的影响,并合理地反映出坝体与地基之间相互作用的变化规律;当高频含量较多的地震波作用时,传统一致输入模型与所提出地震波动输入模型的数值结果差异相对较大;两类模型数值结果的差异区域会随坝体高度的增加逐渐增大;地震波动输入方法可以较好地反映出地基模量变化对坝体与地基之间相互作用的影响.     

转塔式系泊生产储油轮低频纵荡运动阻尼实验

为研究转塔式系泊生产储油轮的运动特性,引入并分析了低频纵荡运动方程,通过具体模型分别在静水和规则波中的纵荡衰减试验,验证了低频运动阻尼力的存在及与缓变运动速度之间的线性关系,计算得到了二阶低频纵荡运动的粘性阻尼和波浪慢漂阻尼及其与波高平方之间的线性关系。     

土-海底沉管隧道体系三维地震响应分析

以港珠澳大桥工程中大型海底沉管隧道为工程背景,根据工程场地土层地质实际分布情况,建立了沉管隧道上方无回淤土和有回淤土两种计算条件下的土-沉管隧道体系的大型三维精细化有限元计算模型.在计算模型中考虑了沉管接头非线性、土与隧道间的接触非线性和土层介质非线性等特征.采取直接从基岩面输入一致地震和地震行波两种激励方式,运用动力显式算法对土-沉管隧道体系进行地震响应分析.数值结果表明,回淤土体减小了模型的自振频率,增大了隧道的地震响应;不同地震波激励形式和激励方向对隧道接头的相对变形和管节内力响应的影响不容忽视.     

非比例可变阻尼结构频响函数的二次摄动分析

通过用复模态分析得来的频率响应函数矩阵,分析了可变阻尼参数对频响函数的灵敏度,从而得出响应功率谱及其响应加速度对阻尼参数的变化率,并将此理论应用到汽车减振阻尼参数优化控制中。     

一种含放大机构隔振器的动力学特性研究

利用四端铰接杆,提出一种含放大机构的新型隔振器.采用谐波平衡法获得隔振系统动态响应的解析表达式,并分别给出隔振系统的幅频响应、相频响应、绝对位移传递率、等效刚度系数和等效阻尼系数.理论计算结果与常规线性隔振器进行对比,并开展了验证试验.分析并给出系统参数对含放大机构隔振系统动态性能的影响规律.结果表明:与常规线性隔振器相比,在时域范围多频激励条件下含放大机构隔振系统惯性质量的绝对位移传递率幅值得到明显衰减;同样,在频域范围惯性质量的绝对位移传递率幅值也得到显著衰减,且谐振频率略微向高频移动;隔振系统设计参数对隔振性能均有较大影响,通过灵活调整隔振系统各设计参数可以实现不同的隔振目标.      

混凝土重力坝地震响应数值分析方法

给出了混凝土重力坝动力响应分析的时域有限元法.其中,地震波的输入方法以及无限地基辐射阻尼的模拟方法都是在柱面波动方程的基础上建立起来的.这种方法先通过对无限地基的人工截断获得有限计算域,然后沿人工边界布置一系列弹簧和阻尼器来模拟无限地基,在有入射波的边界上用与入射波速成正比的等效力来实现地震动的输入.数值算例表明,该方法简单有效,易于实现,并能够保证一定的精度.     

考虑气动阻尼的浮式风机频域响应分析

分析了气动阻尼对浮式风机频域响应的影响.选取美国可再生能源实验室(NREL)提出的5兆瓦(MW)浮式风机模型作为算例,利用气动阻尼计算方法建立气动阻尼矩阵,再基于三维势流理论计算浮式平台的水动力系数,并将系泊系统视为线性弹簧以考虑其刚度,最后在频域内分别建立并求解考虑与不考虑气动阻尼两种情况下的浮式风机刚体运动方程.利用求解频域方程得到的幅频响应算子(response amplitude operators,RAOs)及结合JONSWAP海浪谱得到的响应谱,在频域内分析了气动阻尼对浮式风机刚体运动的影响.结果表明:作业工况下气动阻尼能有效地降低纵荡和纵摇运动RAOs的峰值,且能在一定范围内减小对应自由度上响应谱的幅值和零阶矩.     

悬吊质量结构减震性能的研究

论述了在高层建筑结构中利用悬吊质量摆减震的原理并对其减震性能进行了研究.通过对具有不同悬吊质量摆的高层建筑结构的自振特性及反应谱法地震反应分析,得出在高层建筑结构顶部几层设置几个质量摆且质量摆的频率和结构的基频相近时减震效果最好.用反应谱法对悬吊结构进行地震反应分析时,所考虑的振型数应为结构的第一振型和相应于结构振动的前几个振型.