TMD结构基于双过滤白噪声随机地震激励的系列响应的简明解

针对既有方法在分析TMD结构基于双过滤白噪声激励下结构响应的解表达式复杂而导致计算效率低的问题,提出了一种简明封闭解法。首先,利用双过滤白噪声谱的滤波方程与TMD结构的地震动方程联立,可将TMD结构基于复杂的双过滤白噪声激励准确的表示为易于求解的运动方程;其次,基于复模态法获得TMD耗能结构位移、层间位移的系列响应的复特征值及复模态参与系数;然后基于随机振动理论获得了TMD结构随机地震动系列响应（相对于地面绝对位移和结构层间位移）的功率谱统一形式的二次正交解,进而获得了TMD结构系列随机响应的0-2阶谱矩和方差的简明封闭解。最后研究了基于首超破坏准、Markov过程假设及串联失效模式的TMD结构的体系动力可靠度。通过一算例分析,表明了本文方法的正确性和高效性。因此,本文方法可用于各类线性结构基于复杂的随机地震动响应的分析及其动力可靠度计算。     

双薄壁高墩曲线连续刚构桥地震响应分析

为确定双薄壁高墩曲线连续刚构桥的自振特性和最不利地震激励方向,以某大跨径双薄壁高墩曲线连续刚构桥为实例,对其进行了自振特性和地震响应分析.应用MIDAS/Civil有限元软件建立了该桥空间有限元计算模型,采用数值仿真方法研究了墩底边界约束、曲率半径对该高墩曲线连续刚构桥结构自振特性的影响,探讨双薄壁高墩曲线连续刚构桥动力特性,并按照最不利地震激励方向分析双薄壁高墩曲线连续刚构桥的地震响应.计算结果表明:对于高等级公路中的曲线半径较大的双薄壁高墩曲线连续刚构桥,曲率对桥梁的自振特性影响很小;曲线连续刚构桥第1阶振动模态一般为纵飘,考虑桩土结效应后其基本周期增大;以曲线桥割线方向和垂直割线方向作为双薄壁高墩曲线连续刚构桥的纵向、横向地震动的主要激励方向,其它地震动输入方向可作为曲线连续刚构桥地震响应分析的补充.     

多点激励下连续桥梁地震响应特性研究

地震动在强度和频率等方面均具有非平稳特性,导致多跨桥梁的动力响应非常复杂。为了研究多跨连续桥梁在多点地震动激励下的反应,首先提出了评价多点地震动非平稳性的3个指标：幅值绝对值的标准差、方向离散度和穿零率。根据桥梁多点激励运动方程的特点,阐述了广义振型参与系数矩阵的意义,及其与传统振型参与系数矩阵的联系和区别。根据多点地震动非平稳性的特性,对不同支点施加异向及不同幅值的位移或加速度,研究了不同跨数连续梁桥的多点激励响应规律。结果表明,随着连续梁桥跨数的增多,桥梁在多点地震激励下的响应趋于复杂多变,受具体地震动的非平稳性影响越发明显。     

地震作用对轻轨铁路车桥系统耦合振动的影响

本文分析地震作用对考虑土-结构相互作用的轻轨铁路车桥系统耦合振动的影响。文中建立了车桥系统考虑土-结构相互作用的三维空间模型，推导了考虑地震作用车桥系统的耦合振动方程，并编制了相应的计算程序。以时速100km的列车通过天津轻轨的一座四跨预应力混凝土连续刚构桥为例，对受天津波和El Centro波地震作用的车桥系统的耦合振动响应进行了仿真分析。结果表明：地震作用下车桥系统的耦合振动响应近似为桥梁地震响应与车桥系统耦合振动响应之和；地震作用对车桥系统横桥向耦合振动响应的影响最大，对竖向耦合振动响应的影响较小，而对顺桥向耦合振动响应的影响甚微；且不同地震波激励的影响程度有所不同。由此得出结论，地震作用与车桥系统的耦合振动存在很大程度的耦合，因此，在对高架桥梁上的轻轨铁路进行车桥耦合振动分析时必须考虑地震作用的影响，以保证列车运行的安全性和稳定性。     

地震作用下高烈度区连续刚构桥参数敏感性分析

大跨连续刚构桥的参数变化对其地震响应影响较大,为了进一步研究地震作用下刚构桥各参数变化对桥梁内力的影响,以一连续刚构桥为例,采用正交数值试验的方法,以主梁跨中横桥向弯矩、墩顶顺桥向弯矩、墩底顺桥向弯矩及墩底横桥向弯矩为考核指标,分析地震作用下结构参数(边中跨比、梁底幂次、墩高比)的变化对桥梁内力的影响规律及其参数敏感性。研究结果表明:对于跨中横桥向弯矩,墩高比对其影响较大,墩高比的增加可使弯矩值最大增加28%;对于墩顶顺桥向弯矩、墩底顺桥向弯矩以及墩底横桥向弯矩,边中跨比对其影响较大,边中跨比的增加可使弯矩值最大分别增加51%、55%和52%。高烈度区的桥梁设计应重视边中跨比及墩高比的选择。     

地震动相干效应对高墩大跨铁路桥梁的动力响应影响

地震动相干效应会导致桥梁结构的动力响应有别于一致激励。为了研究相干效应对高墩大跨桥梁这种重要构筑物动力响应的影响,以西部某高墩大跨连续刚构铁路桥实际工程为研究对象,利用相位差谱人工地震波合成技术,建立了考虑相干效应的高墩大跨桥梁数值分析模型。对比分析了纵向和横向地震激励下,部分相干效应对结构动力响应的影响,并与一致激励的情况进行了对比,研究了不同工况下主梁和桥墩内力响应的变化规律。结果表明:纵向激励下,部分相干效应对连续刚构桥高墩影响明显,其弯矩、剪力和相对位移均为最大值,墩高对其非常敏感,且会增大该桥伸缩缝位移响应;横向激励下,部分相干效应对连续梁桥体系的桥墩剪力、弯矩和位移响应有明显放大作用。     

规则梁桥单墩-质点隔震体系地震时程响应半解析法

本文基于带集中参数边界条件的分布参数连续梁理论,推导规则隔震梁桥单墩-质点(SCM)地震时程响应的计算步骤.在控制方程边界条件引入等效基础弹簧和墩顶隔震层变形协调条件,解析地获得各阶实模态,用牛顿法搜索各阶频率.为了处理隔震层非比例阻尼产生的耦联效应,由能量法分配各阶实振型的隔震层附加阻尼比,实现体系的实模态近似解耦,应用振型叠加法求解体系的地震时程响应.最后应用该方法对一规则隔震梁桥SCM体系的地震响应进行分析,与有限元时程积分的结果进行比较,表明此方法的有效性.计算结果表明,采用墩顶隔震策略的单墩-质点体系能显著减小结构响应,具有良好的减震效果.     

基于平面应变简化假定的桩扭转振动理论精度研究

利用拉普拉斯变换对考虑桩土耦合扭转振动条件下,桩顶受到任意激振扭矩作用的端承桩桩顶频域及时域响应进行解析求解,推导求得了桩顶位移、速度频域响应,桩顶复阻抗的解析表达式和半正弦脉冲激励作用下的桩顶时域响应半解析解;将本文所得理论解与基于平面应变假定的桩基扭转耦合振动的频域解和时域解进行了全面对比研究,具体比较范围涉及土层对桩的局部复阻抗、桩顶复频响应、速度导纳、桩顶复刚度和桩顶时域响应等方面,并得到若干重要结论。研究成果校核了平面应变假定在桩基扭转振动理论研究中的合理运用,为进一步了解桩土耦合振动的内在机理提供理论支持。     

地震动竖向分量对铁路房屋的地震响应性能影响

为了提高铁路房屋的抗震能力,分析地震动竖向分量对铁路房屋的地震响应性能,提出基于荷载—变形关系联合评估的地震动竖向分量对铁路房屋的地震响应评估模型。构建地震动竖向分量的力学响应评估模型,识别铁路房屋的地震屈服响应参数,采用荷载—变形关系和极限荷载结合的方法进行铁路房屋的地震屈服响应应力评估,分析地震动竖向分量对铁路房屋的响应。建立动量平衡方程和弯矩平衡方程,构建铁路房屋的地震响应的三阶段荷载—变形模式,实现地震动竖向分量对铁路房屋的地震响应性能评估模型的优化设计。测试结果表明,采用该模型能有效分析地震动竖向分量对铁路房屋的地震响应性能影响,Simulink仿真结果和有限元模拟结果的准确性较高,力学参数辨识性能优越,计算结果准确可靠。     

断层走向对刚构桥地震反应的影响

我国西部部分连续刚构桥临近地震断层建设,在抗震分析时通常会忽略断层走向与桥梁纵桥向夹角对其地震反应的影响。利用Midas Civil软件建立4座墩高不同的大跨度连续刚构桥模型,选取10组近断层强震记录进行时程分析,研究断层走向对刚构桥地震反应(位移和弯矩反应)的影响。结果显示：在水平双向近断层地震动输入下,桥梁主墩及主梁纵桥向地震反应在断层走向与纵桥向夹角为75°～135°范围内最大,而横桥向最大地震反应则发生在夹角为0°～30°或120°～180°范围;在三向近断层地震动输入下,与仅考虑水平双向地震动输入下的桥梁地震反应相比,竖向地震动对主梁竖向弯矩响应的影响较大,特别是主墩和主梁的交界处,增大比例可达2倍及以上。就文章选取的4座桥梁算例,不考虑断层走向和桥梁纵桥向的夹角则存在低估桥梁地震反应的可能,低估误差在15%～40%左右。     

基于车辆响应的连续梁桥振型识别数值模拟及影响参数分析

采用过桥车辆振动响应识别桥梁自振特性的间接测量法能够避免传统动载试验测量桥梁振型方法所存在的操作复杂和成本较高等缺点。采用数值模拟的方法,根据车桥耦合振动理论和桥梁振型间接测量法基本原理,对实际工程某连续梁桥建立车辆与桥梁耦合振动的有限元模型,采用双轴半车模型模拟测量车辆,提取车辆匀速通过平整桥面时车辆振动加速度时程响应,并采用带通滤波技术与汉宁窗相结合的处理方法提取分离出与桥梁固有频率相关的桥频分量响应,利用桥频分量响应及其希尔伯特变换构造出与每阶固有频率相对应的振型。采用本方法分析了6种车速、4种社会车辆工况对桥梁振型识别效果的影响特点。数值分析结果表明,车速低于10 km/h以下时高阶振型识别误差较大,车速高于60 km/h以上时振型识别普遍较差,最佳识别车速是30～40 km/h;有社会车辆存在时对桥梁振型识别有利,但是对密集模态识别不利。为推进移动传感间接测量方法在桥梁检测工程中的应用提供理论参考。     

高墩抗震梁桥单墩模型地震时程响应分析

直接基于经典的欧拉梁理论,推导针对规则高墩梁桥单墩模型弹性阶段地震时程响应的半解析计算步骤,考虑梁墩铰接的形式,在墩底引入等效基础弹簧变形协调条件,解析的获得各阶实模态和频率方程,用牛顿法搜索各阶频率．应用振型叠加法求解体系的地震时程响应。最后应用该方法对一高墩梁桥单墩模型的地震响应进行分析,与离散模型的有限元时程积分的结果比较表明了方法的有效性。     

典型高墩大跨混凝土刚构桥模态参数测试

位于云南省鲁甸县的牛栏江大桥是三跨一联(90m+170m+90m)的预应力混凝土刚构桥,混凝土薄壁空心墩高度为128 m,是典型的高墩大跨混凝土刚构桥.为了系统研究该类桥梁的抗震性能,对牛栏江大桥实施了模态测试.通过合理选择传感器和记录器,恰当地布置测点,克服了信号弱、频率低、测点间距大等困难,得到了高质量的反映该桥模态的数据.结合数值分析给出了振型形状,依据实测数据得出该桥的竖向、纵向和横向多阶模态.由于该桥构造上具有横向类似悬臂梁的特点,约束最少,相对薄弱,模态结果证实了这一认识.     

四渡河大跨悬索桥空间地震响应分析

非一致激励输入对大跨结构响应有着较大影响。本文以四渡河悬索桥为背景,首先根据该桥动力特性对规范反应谱进行调整,基于修正反应谱并考虑相位非平稳性合成地震动位移;然后编制了调索程序来确定有限元模型的初始平衡构型;采用时程法,分别分析了在纵桥向、横桥向以及竖向的非一致激励(行波输入、多点输入)下的悬索桥地震响应。计算结果表明,纵向非一致激励输入增大了悬索桥的地震响应,横向、竖向非一致激励输入的影响有增有减。     

高速铁路客站模态特征分析与阻尼模型的注记

针对"房桥合一"高速铁路客站质量、刚度分布严重不均匀、不同阻尼比构件繁多等特点,对其模态特征和用于时程法阻尼模型的确定进行了研究。通过位能加权激励原理和位能公式的阐述、天津西站II区的模态分析与振型分解时程法的应用,并以此为标准进行了5种不同瑞利阻尼比例系数时程法的响应比较。结果表明:位能加权法激励为各模态的振型响应,求得阻尼为振型阻尼,结构模态质量累计数突变发生在第9阶,选择第1,9阶振型确定的瑞利阻尼比例系数较合理。振型分解时程法的振型阻尼可基于振型响应的位能加权法确定,直接时程法的瑞利阻尼宜选择第1阶与模态质量累计数发生突变的振型来确定,可供结构设计与分析参考。     

框架结构水平和竖向地震耦合作用时程分析

一般情况下,地震波分量中的水平分量和竖向分量是造成框架结构破坏的重要因素。本文中以框架结构为研究对象,将空间框架结构简化为平面框架结构,基于平面杆系模型并忽略平面框架体系的水平杆件——梁的轴向变形,建立体系水平和竖向耦合振动的运动微分方程,并对结构进行了水平和竖向地震波耦合激励下的弹性动力时程计算。与体系单维输入竖向地震波之弹性动力响应进行对比后,发现耦合激励下框架边柱竖向响应变大而中柱竖向响应变小,在结构抗震设计中宜适当考虑地震的耦合影响。     

结构随机地震响应分析的复模态法

本文对多自由度基础平动结构随机地震响应问题进行了系统研究。针对用第1振型近似代表上部结构所得方程为非经典阻尼和非对称结构情况。用复模态法解耦。获得了以第1振型表示的结构地震响应的解析解。对单自由度体系。此解即为结构响应的精确解。本文方法也可用于带TMD减震结构等的随机地震响应分析与优化设计。     

车-桥-墩耦合系统演变随机振动分析

将梁简化为两端简支的欧拉-伯努利梁模型,桥墩简化为底部固结的柱,考虑两自由度车辆移动系统与桥面结构表面接触处不平整产生的随机激励,建立了移动车辆系统-桥-墩的耦合力学分析模型。根据子结构方法和演变随机过程一般理论,并应用模态分析法对车-桥-墩耦合系统进行随机振动分析,推导得到了桥墩位移、桥墩轴力、梁竖向位移协方差函数和均方值响应的理论计算公式。通过数值算例,比较了跨中位移的确定性响应和跨中位移的均方根值响应,讨论了在不同桥墩高度、不同车辆移动速度、不同桥面等级下桥梁跨中竖向位移均方根、桥墩轴力均方根的变化规律。     

面内端部激励下斜拉索振动方程推导与求解

为精确描述面内端部激励下拉索非线性振动机制,构建抽象端部激励下的拉索力学描述模型,分别推导了拉索拟静态振动和模态振动控制方程,基于有限差分法给出了拉索模态振动的数值求解方法。由于垂度效应的影响,在轴向、竖向以及轴向和竖向共同激励下拉索的拟静态索力与端部位移采用一个非线性方程予以表征。拉索拟静态振动可视作外部激励施加在拉索上,引起拉索的非线性模态振动,通过理论推导分别求得模态振动的控制方程和变形协调方程。在模态振动过程中,拉索的动力特性(如刚度和周期)不断变化,索力和拉索变形相互耦合,使得其求解非常复杂。采用有限差分法进行数值求解,并基于有限元方法验证了数值求解方法的准确性。重点讨论了拉索模态振动共振机制,结果表明,在轴向、竖向以及轴向和竖向激励下,拉索模态振动存在多个共振区域,包括小周期、0.5T₁、T₁和2T₁等(T₁为成桥状态下拉索基本振动周期);在共振区域内,拉索振动索力幅度较大,模态振动对总索力的贡献系数较高,超过0.4,在实际工程中不容忽视;拉索阻尼对模态振动的影响较大,增加拉索阻尼比将改...     

地震动空间变异性对千米级斜拉桥结构随机地震反应的影响

基于随机振动理论,以苏通长江公路大桥为背景,对超大跨度斜拉桥在随机地震荷载作用下的动力响应展开研究,详细分析地震动空间变化特性对千米级斜拉桥结构动力响应的影响.研究结果表明:相干效应对主梁纵向弯矩影响比较大,尤其是中跨部位;而局部场地效应相对影响较小.对于主梁轴力而言,行波效应影响较为显著,主梁轴力的最大值增大约70%之多,但对竖向剪力并无突出影响.与一致激励比较,行波效应使得跨中竖向位移均方根增大约74%,相干效应为60%,而局部场地效应为13%.对于不同的内力和位移响应,地震动空间变化特性的影响程度和规律不尽相同,必须区别对待,具体问题具体分析.