地震动各分量间的谱矩阵

地震动各分量间的谱矩阵李宏男（土木工程系）关键词地震动；转动分量；谱矩阵分类号：Ｐ３１５．０１大量震害分析表明，地震时的地面运动不仅存在着平动分量，而且存在着转动分量（三个平动分量和三个转动分量，如图１所示），即地震动是多维的。因此，在多维地震动作用...     

大跨度空间网格结构多维多点随机地震反应分析

对大跨度空间网格结构进行三向正交地震动的多点激励下的随机地震反应分析．建立了多维多点随 机地震动激励下的地震反应分析方法,并依据建筑抗震设计规范确定了平稳随机地震动功率谱密度的模型 参数．数值仿真分析了某柱距80 m的大跨度平板网架分别在一维地震动或三维地震动的一致激励、行波激 励和考虑部分相干效应的随机激励下的地震反应．结果表明:考虑地震动的空间效应后,关键杆件的内力 增幅可达30％;多维地震作用比单维地震作用下结构杆件的内力大．由此得出结论,对于大跨度空间网格 结构的地震反应分析,必须考虑多维地震动的多点激励．     

多维地震动作用下结构抗震计算的反应谱方法

比较全面地研究了在多维地震动作用下结构反应的组合问题，对各种组 合方法进行了评价。通过理论分析和大量的数值计算对比，建议了非对称结 构在多维地震动作用下合理的反应谱组合方法。     

在地震动水平与摇摆分量作用下高层结构随机地震反应

根据地震作用的概率统计特征，研究剪切型高层结构在地震动的水平与摇摆分量联合作用下的随机反应。建立了在地震动水平与摇摆分量联合作用下高层结构的振动方程，推导出在平稳随机地震作用下结构体系的反应功率谱密度函数，得到结构体系反应的各项统计特征量计算表达式。在此基础上，编制相应的计算机程序，对实际结构进行数值计算。研究结果表明：地震的摇摆分量对高层结构的位移影响较大，不可忽视。     

两种典型空间结构多维多点激励下抗震分析

采用三角级数法模拟生成满足给定的相干函数和考虑三维地震分量相关性的非平稳人造地震动,基于直接输入位移法建立了地震动多维多点激励时程分析模型.选取两种典型大跨度空间结构为研究对象,分别计算分析了两种结构在地震动一维一致激励、一维多点激励和多维多点激励下的反应,并对多维多点激励下不同视波速情况引起的结构反应进行了对比分析.分析结果表明:地震动多点激励下两类结构大多数杆件的最大受力大于一致激励作用,多维多点激励下杆件内力计算结果与单维多点激励下的结果变化规律基本相似,单维多点激励给出偏于不安全的结果,不同的地震波视波速情况多维多点激励作用对大跨度结构地震反应影响很大.     

爆破地震动三向荷载分量对结构动态响应研究

爆破地震动的地面运动对建筑物的作用是多分量的，以前，主要集中在单向竖直地面运动作用的结构响应方面，很少考虑多维地震动作用下的结构响应。通过时程分析方法分析在多维地震动作用下的结构响应，并与单向地震动作用下的结构响应进行比较，得出了结构受单向地震动荷载作用时的响应都明显比三向地震动荷载作用小，特别是爆破地震动荷载主频越小时差值越大；对于各单向地震动荷载作用，当爆破地震动荷载主频较小（约小于基频的10倍）时，水平方向地震动荷载作用的结构响应明显比垂直方向地震动荷载作用时大，而在较高频率段，两者相差不大（垂直向略大）的结论。     

考虑转动激励时结构多维随机振动分析

把Ansys的强大功能与等效激励相结合,将结构地面地震动的平动和转动加速度激励构造出多维地震动等效激励荷载。采用有限元Ansys程序对结构进行动力分析,应用等效激励法求出结构的随机响应特征,实现了建筑结构在多维地震动激励下的随机振动分析。     

双向地震动作用下多维结构的能力谱方法

目前基于性能抗震设计的研究多集中于平面单向分析,这与实际结构在地震下反应的多维性存在较大差异,尤其对于平面复杂的偏心结构。为此,在单向地震下能力谱方法基础上提出了考虑双向地震动作用的多维结构能力谱方法。基于结构振型组合的分析思路,通过考虑双向地震动作用的振型pushover分析程序得到各振型的能力谱曲线;通过双向地震动作用下的强度折减系数谱来建立需求谱曲线,然后将能力谱曲线与需求谱曲线画于同一个坐标系下,得到双向地震下结构的最大位移反应。最后,由算例分析比较,说明了该方法能够比较准确地估计多维结构在双向地震下的反应需求。     

拟合多维能量反应谱及峰值速度的地震动调整方法

基于小波变换原理提出了一种以设计用多维能量反应谱及峰值速度为目标的实测地震动调整方法.该方法首先依据多维能量反应谱与伪加速度谱之间的近似转换关系,在时域内叠加小波函数实现对实测地震动记录的初步调整,保留原始地震动的强度、频率非平稳特性;再应用二阶基数B-样条小波函数模拟上述调整后的多维地震动场,通过循环调整拟合精度较低频段的小波系数和对峰值速度贡献最大的小波分量,实现对设计用能量反应谱及各向峰值速度的同时拟合.算例分析结果表明,该方法具有较高的拟合精度,对初始地震动的能量分布改变较小,为建筑结构基于能量平衡设计时的多维动力反应分析提供了一种新的地震波合成方法.     

地震动摇摆分量的合成

基于入射体波(P和SV波)的波长和傅里叶幅值谱及干涉产生的面波(Rayleigh波)对地震动摇摆分量的影响,给出地震动摇摆分量合成公式.基于弹性波动理论和快速δ-矩阵算法求出设定地壳模型的面波频散曲线,同时考虑了入射体波和面波产生的摇摆分量,并基于Trifunac的研究给出地震动摇摆分量的合成过程.即由设定未来地震的地震震级M、震中距R和场地类别s等条件,利用修正的Trifunac合成公式以合成地震动平动分量,然后考虑体波和面波不同频率成分分量的贡献,合成地表一点处的地震动摇摆分量,并给出三联反应谱.     

基于变分模态分解的相关能量熵自适应阈值去噪

为有效抑制噪声对地震数据的影响,根据地震信号的时频特性,提出了基于变分模态分解的相关能量熵阈值去噪方法。采用变分模态分解算法将地震信号分解为频率由高频到低频且具有一定带宽的模态分量,计算各模态分量与地震信号的规范化相关系数,实现对各模态分量中的有效信息和噪声的定位。将去除有效信息的各模态分量分成若干子区间,分别计算各子区间的噪声能量熵,选取能量熵最大区间的模态分量系数作为该分量的噪声方差获得该分量的阈值,再将经阈值处理后的各模态分量重构得到去噪信号。通过对合成地震模型和实际地震信号进行去噪处理,并与直接去除高频分量的变分模态分解去噪方法进行了对比,结果表明,该方法能在强噪声环境下更有效地提取地震信号中的有效成分,提高信噪比。     

多维地震动作用下隔震桥梁结构的地震响应分析

分析了多维地震动作用下隔震桥梁结构的水平向和竖向振动反应.首先建立了隔震桥梁结构的非线性运动方程,根据非线性随机振动理论对运动方程进行了等效线性化处理,并采用实模态法获得了等效线性方程的解析解,提出了结构响应的计算公式.最后给出了多维地震动作用下隔震桥梁结构的地震响应分析算例,计算结果显示了分析方法的有效性.     

潮汐应力与云南及邻区的地震

提出了潮汐应力对发震断层的力学模式,描述了附加潮汐应力对发震断层的促滑作用方式,并将该模式应用于云南及邻区的地震,计算了173个地震震源处沿主压应力P轴和主张应力T轴方向的附加潮汐应力分量,分析了这睦量对发震断层的作用方式以及受潮汐应力促滑作用的发震断层类型,结果表明,所研究的云南及邻区发生的173个地震中,64％的地震发震断层受到潮汐应力的促滑作用,其中,受减压型促滑作用的发震断层数比例略大于受增压型促滑作用的发动层数比例;在受到潮汐应力促滑作用的111个发震断层中,走滑型发震断层占67％,倾滑斜滑型发震断层占33％,说明云南及邻区的走滑型地震较易受到潮汐应力的触发作用。     

变刚度半主动控制结构的地震影响系数分析

对两种不同控制律下变刚度半主动控制结构的地震影响系数进行了比较和分析．研究结果表明，控制律不同对受控结构各振型地震影响系数比的均值和标准差影响较小．此外，随着振型附加刚度比的增加，地震影响系数比的均值和标准差呈现逐渐增大的趋势．根据仿真分析结果，建立了该类有控结构地震影响系数比的定量计算方法，并在此基础上，对变刚度半主动控制结构的实用抗震设计提出了建议．     

柱面网壳地震位移需求计算的迭代等效推覆方法

为提高采用推覆方法计算柱面网壳地震位移需求的效率和精度,提出一种改进的推覆方法。基于能量等效原理,建立不依赖中间参数或增量计算的等效单自由度体系。根据等能量原则,提出确定目标位移的迭代等效方法;采用完全二次项平方根方法(CQC)组合各主振型等效体系目标位移处的振型反应得到结构需求。算例结果表明,相比传统的推覆方法,基于迭代等效的推覆方法得到的柱面网壳最大节点位移、整体位移包络的误差较小。当结构反应由多振型共同主导时,该方法的计算精度稳定。     

升船机系统在地震作用下的响应

为研究升船机系统在地震作用下的响应特征,根据垂直升船机承船厢的受力特点,在承船厢的纵剖面上建立了包括平衡重子系统、主提升子系统和船厢子系统的简化力学模型,将承船厢中的水处理为理想流体,承船厢和船舶处理为刚体,推导了耦合系统的动力学方程.采用模态综合法实现了耦合方程的对称化,利用振型叠加法计算了地震作用下水体的响应和承船厢以及船的运动情况.实例分析证明,地震作用下系统响应以低频率为主,响应很小;船的存在对水体的响应有较大影响.     

高耸机场塔台结构地震反应的高振型影响分析

以顶部带有2层钢框架的北京机场控制塔台的振动台试验模型为计算对象，采用基于振型叠加的结构地震响应时程分析法，计算了该高耸塔台模型在地震作用下各个振型的时程反应．计算中采用了Rayleigh阻尼，由于结构是钢一钢筋混凝土结构，振型阻尼比不易确定，在本次计算中振型阻尼比取振动台试验测出的第1阶和第2阶振型阻尼比．结果表明高振型对塔台结构的最大位移的影响不大，但高阶振型对塔台结构地震剪力的影响却不容忽视．将计算结果与试验值进行了对比分析，验证了所得结论的正确性．     

预应力桥梁的竖向振动特性和地震反应分析

基于模态摄动法和振型叠加法,建立了预应力桥梁竖向地震反应分析的计算方法.通过2个典型工程实例分析,讨论了桥梁竖向地震反应分析中的几个问题.算例结果表明:①预加力使桥梁的自振频率升高,影响主要体现在低阶自振频率上,随着振型阶序的增加,预加力的影响变小.对于20 m和32 m跨度的预应力桥梁来说,竖向基频分别升高5.3％和6.3％,而第5阶竖向频率升高只有1％左右.②在地表波作用下预应力梁跨中截面弯矩减小约30％和25％,预加力提高了桥梁的抗震能力.③竖向地震反应中高阶振型的贡献可以忽略.④7度设防烈度下,在预应力桥梁跨中截面弯矩的荷载组合效应中,竖向地震作用效应所占比例分别达24.56％和26.15％,8度设防烈度时所占比例分别为38.93％和41.46％,说明在这类预应力桥梁抗震设计中应考虑竖向地震反应的影响.     

500kv超高压油纸电容式变压器套管抗震性能理论计算

本文阐述了500kV超高压油纸电容式变压器套管抗震理论的计算原理,较详细地介绍了计算变压器套管固有频率的传递矩阵方法及程序。计算结果与试验结果比较,表明对变压器套管的简化、计算方法和程序都是可行的。文中还介绍了确定地震荷载的方法。     

基于模态能量分析的结构滞回能量估算方法

建立能量谱和结构能量反应的关系,是基于能量抗震设计需解决的关键问题之一。根据多层结构体系在地震动作用下的能量平衡方程,运用弹性体系的振型分解思路,将多层结构的能量反应平衡关系拆解为多模态的能量反应平衡关系,推导出多层结构与其模态等效单自由度体系的能量反应平衡关系。运用考虑塑性反应阶段振型的“等效振型”替代弹性振型。建立通过模态滞回能量反应估算多层结构总滞回能量的方法。针对硬、中、软三类场地设计3栋6层模型,选取各类场地下的地震记录作为结构模型的水平激励进行非线性动力时程分析。结果表明,在一些情况下,通过模态能量分析能较准确地估算地震作用下多层结构总滞回能量。