基于序列最优控制算法的隔震曲线梁桥非线性振动控制研究

强震作用下隔震曲线梁桥会产生较大的弹塑性变形,需要采取一定的控制措施以保证其安全性。采用经典的Bouc-Wen模型,建立考虑上部结构偏心的隔震曲线梁桥的非线性动力方程,求解罕遇地震作用下结构的动力响应。针对隔震曲线梁桥罕遇地震作用下产生的较大弹塑性变形,建立隔震曲线梁桥的非线性振动控制方程,将该方程等效线性化后采用序列最优控制算法(SOC)和经典线性最优控制(COC)对桥梁进行振动控制研究。结果表明：在罕遇地震下,隔震曲线梁桥的下部结构与隔震层都已屈服进入塑性阶段,且有少量的残余位移产生;序列最优控制算法和经典线性最优控制都能有效地减小隔震曲线梁桥弹塑性状态下的平动位移与残余位移,并有效抑制曲线桥的扭转效应,其中序列最优控制算法较经典最优控制更能显著削减隔震曲线梁桥的峰值响应。     

近场脉冲型地震动作用下TMD-基础隔震混合控制结构的减震效果分析

近场地震动具有很高的加速度峰值和长周期的速度脉冲,因此能够对结构造成严重的破坏.基础隔震是一种有效的减震技术,然而这种单一的减震手段在低频具有很高能量的近场脉冲型地震动作用下已不能确保结构的安全,必须寻求新的减震策略.本文将速度脉冲模型与随机地震地面运动模型联合来生成近场脉冲型地震动,并以此作为激励,用MATLAB对近场脉冲型地震动作用下TMD-基础隔震混合控制结构及独立基础隔震结构的地震响应进行求解,比较研究该混合控制结构的减震效果.结果表明该混合控制方式可以有效地控制结构的位移,而对加速度的控制效果不明显.     

近断层脉冲型地震动作用下高层摩擦摆基础隔震结构的减震性能研究

近断层地震动中长周期、短持时和高能量的加速度脉冲将对高层摩擦摆基础隔震结构的减震性能产生不利影响,考虑土-结构相互作用（SSI效应）后的隔震结构将产生动力耦合效应,可能进一步放大隔震结构地震响应。为此,通过一幢框架-核心筒高层摩擦摆基础隔震结构的非线性地震响应分析,考察近断层脉冲型地震动作用下框架-核心筒摩擦摆基础隔震结构的层间位移角、楼层加速度和隔震层变形等响应规律,揭示隔震体系的损伤机理。基于集总参数SR （sway-rocking）模型,分析不同场地类别与不同地震动类型对隔震体系动力响应影响规律。结果表明:高层摩擦摆基础隔震结构在近断层脉冲型地震动作用下的减震效果相比普通地震动减震效果变差,楼层剪力、层间位移角和隔震层变形等超越普通地震动作用下的1.5倍;对于Ⅲ和Ⅳ类场地类别,考虑SSI效应使隔震结构的地震响应进一步放大,弹塑性层间位移角随着土质变软增大尤为明显。     

远场长周期地震动下高层摩擦摆基础隔震结构的减震性能

高层摩擦摆基础隔震结构在远场长周期地震动长持时的长周期成份作用下,尤其是类谐波成份作用下,隔震层上部结构的减震性能将可能无法得到保证,且摩擦摆支座亦可能产生超限变形。为此,远场长周期地震动作用下高层摩擦摆基础隔震结构的减震性能需进一步探讨。通过一幢框架-核心筒高层摩擦摆基础隔震结构的非线性地震响应分析,揭示远场长周期地震动,尤其是在类谐和长周期地震动下框架-核心筒高层摩擦摆基础隔震结构的地震响应规律。提出在隔震层增设黏滞阻尼器对结构的地震响应进行控制。结果表明:摩擦摆隔震不能满足结构在远场类谐和长周期地震动作用的减震要求,而且还将放大其作用下结构的非线性响应;组合隔震结构能较有效地控制长周期地震动、特别是远场类谐和长周期地震作用下隔震层上部结构以及隔震层的弹塑性地震响应,尤其可显著减小隔震支座的最大变形,使其不超越隔震支座的容许变形值。     

基于不同参数的基础隔震结构非线性概率密度演化

为了研究不同设计参数条件下基础隔震结构非线性响应的概率密度演化特征,采用两质点模型来模拟基础隔震结构,隔震层与上部结构分别采用Bouc-Wen模型与刚度退化的Bouc-Wen模型来描述其非线性特征,运用概率密度演化理论,进行隔震结构非线性随机地震响应的概率密度演化分析。采用基于物理的随机地震动模型生成人工地震动,提出基础隔震结构非线性随机地震响应的概率密度演化分析的基本步骤。通过改变基础隔震结构的设计参数,同时考虑激励的随机性,研究基础隔震结构非线性随机地震响应的概率密度演化规律。结果表明,基础隔震结构的阻尼比、周期比和屈重比取合理范围,能使隔震结构上部和下部的位移可控。     

高压断路器隔震体系抗震可靠度分析

给出了基于随机地震动模型的高压断路器抗震可靠性分析方法。通过建立高压断路器及其隔震体系的有限元计算模型，分析了在断路器底部瓷套管根部加设叠层橡胶垫后的动力性能，分析中利用随机地震动模型，充分考虑地震动的随机作用，给出了四类场地土条件下结构的地震响应均值和标准差；利用一次二阶矩理论计算得到高压断路器的可靠度，给出了各场地土条件下的震害率曲线。结果表明不同场地土条件下隔震垫的减震效果有所差异。     

基于概率密度演化的基础隔震结构随机响应分析

针对抗震结构和基础隔震结构,应用概率密度演化方法对其进行多遇地震作用下的线性随机响应分析。通过引入工程地震动物理随机函数模型,采用数论选点法对多维外荷载随机变量进行离散代表点的生成并求得其赋得概率,利用离散代表点合成地震动加速度时程样本作为输入结构的随机激励,对于每条地震波,相当于对结构进行确定性动力反应分析。在求得结构响应及其相关导数后,应用TVD差分格式求解广义概率密度演化方程即可得到所求响应的时变概率密度及其演化。结果表明：基础隔震结构在随机地震作用下相比抗震结构具有良好的减震性能,隔震层的设置能够减小结构位移响应的标准差,减少了结构响应的离散型;概率密度演化方法不仅能够给出结构响应的二阶统计矩,还能全面地反映结构响应的时变概率信息,位移响应的概率密度函数分布不服从正态分布或其他常用分布,且随着时间演化。     

三维远场长周期地震下考虑SSI层间隔震结构地震响应分析

实际地震具有多维特性,只考虑水平向作用往往不够真实全面,而且远场长周期地震动不同于普通地震动,具有周期长、持时长、低频成份丰富等特征,对周期较大的隔震类结构会产生不利影响,在考虑SSI效应(soil-structure interaction, SSI)中尤为复杂,需深入探讨。基于此,建立大底盘层间隔震结构,在三维地震动激励下,探讨普通地震与远场长周期地震对层间隔震结构的不同影响,并分析考虑SSI效应对结构的不同程度影响。结果表明：三维地震下,远场长周期对层间隔震结构产生的地震响应远大于普通地震;考虑SSI效应时,随着土体变软,结构响应增大;针对传统水平隔震支座,在三维远场长周期地震下出现层间位移角和支座位移超限问题,设置三维隔震支座,解决了超限问题,分析结果表明其隔减震效果明显优于传统水平隔震支座。     

AP1000核电厂模型基底隔震振动台试验研究

为研究AP1000核电厂基底隔震性能,设计了缩尺比为1/40的AP1000核电厂模型结构,进行了AP1000核电厂模型基底隔震振动台试验。试验中采用铅芯橡胶隔震支座进行隔震,并选取RG1.60人工波、El Centro波和Kobe波作为地震动输入。本文从加速度响应、楼层加速度反应谱、加速度峰值放大系数、减震率等方面对隔震与非隔震核电厂结构的地震响应特性进行了研究。试验结果表明:隔震能明显减小上部结构水平向加速度响应和加速度反应谱峰值,而在隔震频率处隔震模型加速度反应谱有所增加;隔震模型由于摇摆效应在隔震频率处的水平向楼层加速度反应谱随楼层高度的升高先减小后增大;在三向输入地震动作用下,隔震和非隔震AP1000模型各楼层在竖向基频附近的竖向加速度反应谱较竖向输入的地震动放大较为明显。     

隔震曲线梁桥不同等级地震的振动特性模拟分析

曲线桥梁抗震特性模拟分析对于曲线桥梁隔震、减震有着重要意义。基于隔震曲线桥梁设计过程中的特点,通过非线性水平弹簧单元对铅芯橡胶支座双向非线性的能力进行模拟,根据SAP2000科学选择强震观测地震波,并考量曲线桥梁本身存在的特性对桥梁振动特性产生的影响,针对隔震曲线桥梁在不同等级地震下振动特征进行模拟分析,其中,通过隔震曲线桥梁铅芯橡胶支座模型的构建和梁桥不同等级地震计算模型、输入地震波与传感器量测等步骤得到的模拟结果为:不同地震波与加速度峰值输入过程中,地震动较小下的支座水平刚度比较大,且结构相对稳定;地震幅值增大时,桥梁支座水平刚度减小,且支座的恢复力位移滞回变化曲线面积比较大,能够更多地将地震输入能量消散掉,减小能量不断向曲线桥梁上方传递的速度,可有效减轻地震反应,起到隔震的效果。     

大跨铁路钢桁连续梁桥减隔震方案比较研究

为研究适用于大跨铁路钢桁连续梁桥的减隔震方案及合理优化参数,以一座全长504 m的三跨铁路钢桁连续梁特大桥为工程背景,使用非线性结构分析软件SAP2000建立有限元模型,采用快速非线性分析方法分析对比摩擦摆、阻尼器、速度锁定器等减隔震方案在各种装置参数下的减震效率。研究表明:由于大跨铁路钢桁连续梁桥墩身自振导致的地震力较大,摩擦摆方案内力减震效率一般,同时墩底内力对滑动面半径变化并不敏感,在选取滑动半径时应更多地考虑行车平顺性和梁端位移值的限制。速度锁定器会极大地增加此类桥梁地震输入能量,不适用于此类桥型。阻尼器方案对活动墩内力减震效果明显,但不能有效降低固定墩内力。摩擦摆支座附加阻尼器组合减震方案能有效控制此类桥梁的内力和位移响应。研究结论可为大跨度钢桁连续梁桥减隔震设计提供参考。     

行波效应对桥梁不同振动控制方法减震效果的影响分析

给出了地震行波输入下大跨度桥梁的主动、半主动和被动控制分析方法,并对1座4跨连续刚构桥梁进行了行波输入下地震反应计算,分析了8种振动控制情况下纵桥向和横桥向地震反应的减震效果。结果表明,行波效应会明显降低该连续刚构桥梁8种振动控制方法的纵桥向地震反应减震效果,最大开关控制算法对纵桥向的减震效果相对最好;最大阻尼力被动控制和最大开关控制算法对横桥向的减震效果相对最好,采用该2种控制方法时行波效应对横桥向总体减震效果影响不大。     

曲线桥梁摩擦滑移隔振试验及隔振机理研究

针对曲线桥梁在地震中因固定支座处及桥墩底部受力过大而破坏严重的现象,提出考虑支座摩擦滑移隔震的曲线桥梁抗震设计方法,通过大型振动台模型试验,研究曲线桥梁考虑支座摩擦滑移时的隔震机理。试验结果表明:支座摩擦滑移可有效减小地震作用下曲线桥梁的桥墩加速度响应,但同时会增加桥墩与梁体间的相对位移;曲线桥梁进行隔震设计后,桥墩的应变响应明显减小,证明该设计方法可有效避免地震作用下桥墩底部产生较大的损伤;最后,探讨了考虑支座摩擦滑移时曲线桥梁的隔震机理并与震害进行了对比验证。研究成果可为曲线桥梁的减震隔设计提供新的视角。     

多维地震下考虑桩-土相互作用的曲线桥地震响应分析

为研究曲线桥梁在多维地震激励下考虑桩-土动力相互作用的地震响应特性,本文建立了空间桩-土脱离、摩阻和土体压缩非线性理论分析模型。为简化计算将该非线性弹簧模型进行线性化处理,结合有限元ANSYS分析平台建立了黄土场地的曲线桥仿真分析模型,对考虑桩-土相互作用的曲线桥进行了多维多工况数值分析,对比研究了曲线主梁跨中弯矩、墩底剪力和弯矩及桥墩顶位移的地震响应。结果表明:考虑桩-土相互作用的曲线桥梁主梁跨中内力与地震波输入方向密切相关,三维地震作用下主梁内力最大;各工况地震荷载作用下桥墩底部径向剪力响应比切向剪力响应大很多,而桥墩径向弯矩比切向弯矩略小;同一工况下不同桥墩顶切向位移响应大小相当,而径向位移差异较大。在进行非规则曲线桥梁抗震设计时,应充分考虑多维和单维地震激励输入工况。     

近断层地震特性对隔震曲线连续梁桥地震响应的影响

为研究近断层地震动对曲线连续梁桥地震响应及碰撞效应的影响,采用非线性时程分析法,分别研究脉冲效应、上盘效应及方向性效应对某三跨曲线连续梁桥支座位移、桥墩内力及邻梁间碰撞力的影响;通过支座隔震率的对比分析,探究不同类型近断层地震动下地震响应产生差异的原因。研究结果表明:脉冲效应、上盘效应和方向性效应均会增大曲线连续梁桥地震响应,脉冲效应的影响尤为显著;脉冲效应和方向性效应削弱了高阻尼橡胶支座的隔震特性,而上盘效应对桥梁响应的影响仅与上盘地震动自身特性有关;综合来看,脉冲效应对曲线梁碰撞响应影响最明显,上盘效应影响不大。     

减隔震桥梁设计方法及抗震性能研究综述

桥梁作为交通系统中的生命线工程,其抗震性能问题尤为重要。桥梁减隔震技术主要通过减隔震装置来降低结构的地震损伤,目前已发展成为提高强震区桥梁抗震能力的重要措施。为促进减隔震技术在中国桥梁工程领域的进一步发展,首先总结减隔震桥梁的设计方法,归纳其地震反应和震害情况,对采用不同减隔震装置桥梁的非线性动力性能、减隔震效果、地震随机响应、易损性及性能优化方法等研究情况进行梳理;其次,概述减隔震技术在斜交桥、曲线桥及铁路桥梁中的应用情况与研究进展,并介绍新型韧性抗震设计理念在桥梁工程领域中的应用情况和发展前景;最后,总结减隔震桥梁的试验研究情况,指出目前减隔震桥梁研究中的不足和发展趋势。     

地震动空间效应对大跨度桥梁非线性地震响应的影响

由于大跨度桥梁的桥墩间距离较大,其地震响应分析应考虑地震动输入的空间效应。本文建立了多点激励下大跨度桥梁地震响应分析方法,采用损伤塑性本构模型模拟混凝土材料特性,考虑地震动空间效应对大跨度连续刚构桥进行非线性地震响应分析,从而分析地震动空间效应对大跨度桥梁地震响应的影响。研究表明:考虑行波激励或多点激励时桥梁地震响应较一致激励而言有所差异,考虑地震动空间效应时可能会夸大或减小桥梁结构的动力响应;多点激励时桥梁地震响应会随视波速的改变而变化。由此得出结论,对于大跨度桥梁地震响应分析应合理的考虑地震动空间效应。     

高烈度区大跨度桥梁粘滞阻尼器减震研究

高烈度地震对铁路桥梁安全造成巨大隐患,且次生灾害将引起较大经济损失。该大跨连续梁桥所处地震带正进入活跃期,未来有发生较大规模强烈地震的可能,但桥梁自身不具备高烈度抗震能力,需利用粘滞阻尼器对其进行减震处理。采用斜向设置阻尼器并配合双曲面球型支座,来控制可能发生的纵向和横向地震。通过数值模拟进行阻尼器参数敏感性分析以及减震效果讨论,进而确定其最优设置方案。选取相关参数作为评价指标,对比加设阻尼器前后易损部位的地震响应,确定其在高烈度地震荷载激励下的减震效果。研究结果表明:在液体粘滞阻尼器的作用下,使得各墩协同受力,大大增加了结构的整体性,同时能很好弥补减隔震支座不能很好的控制上部结构位移的缺点,同时能降低罕遇地震力对桥墩的冲击损伤。因此,在高烈度区大跨度桥梁中更有必要设置阻尼器来抗震。     

超大跨度斜拉桥考虑行波效应的地震动随机响应研究

斜拉桥地震反应不同于其它桥型,具有明显的空间耦合效应.利用有限元理论对苏通长江公路大桥的空间抗震性能进行分析,重点研究行波效应对结构响应的影响,并与一致激励计算的结果进行比较,为大跨度斜拉桥抗震分析采用随机方法提供了一定的参考依据.研究结果表明,行波效应对斜拉桥结构内力有显著的影响,大跨度斜拉桥抗震性能分析必须考虑行波效应.而行波效应的影响与结构自身动力特性、视波速、构件位置及研究响应类型(位移与内力)相关.