基础隔震结构抗震可靠度简化分析方法

选用胡聿贤平稳地震地面运动模型作为基础隔震结构的随机地震动输入,采用Bouc-Wen模型描述隔震结构的层间滞变位移,将滞变体系动力特性矩阵随机等效线性化,并建立等价线性状态方程。引入左右特征向量系,对振动微分方程进行解耦,推导了基础隔震结构随机地震响应的统计矩解析解。采用变形失效准则,定义了上部结构和隔震层的功能状态极限函数。在此基础上,采用首次超越破坏模型,基于Possion分布假设和串联系统可靠度模型,建立了从整体上评价基础隔震体系抗震可靠度的简化分析方法。最后,通过一个基础隔震框架结构计算实例,说明了这种方法的运用。     

西安市地裂缝地震效应的理论分析

本文采用有限元方法对西安市地裂缝的地震效应进行了分析,其目的在于探索强震时地裂缝对地面运动的影响。所用方法的理论基础是在双向地震动的作用下求解多质点体系的强迫振动方程组。[M]{(?)}+[C](?)}+[K]{X}=[M]({A_x}(?)。(t)+{A_y}(?)。(t))。式中[M]、[C]、[K]分别为体系的质量、阻尼、刚度矩阵,{x}、{x}、{x}分别为体系自由度的加速度、速度、位移向量,{A_x}、{A_y}为水平和垂直方向的自由度向量,(?)。(t)、(?)。(t)为水平及垂直方向上的基岩强震加速度时程向量。分析时根据西安市地裂缝的具体情况,做了如下简化: 1.裂缝不作为发震构造,即强震时裂缝不是弹性波的发源地。强震是通过铰结支座输入进来的。2.裂缝带在模型上是一向下尖灭的楔体,楔体顶面宽10米,楔体深20米,中间有一宽1米、深2米的裂口。整个模型的土质是层状的,各层土的主要参数在现场测定。裂缝带楔体的参数不易取得,按经验强度取周围原土的一半左右。3.模型厚度为50米,输入地震为El Centro和文县强震记录,输入时将最大加速度值调整为150gal。计算结果表明,西安裂缝带在强震时对地面运动没有显著的影响,如地裂缝带内外的各种反映强震运动特征的指标几乎都没有什么差异。因为地裂缝带从区域上看毕竟是个很小的地质单元体,这样小的规模尚不足以对强震地面运动产生显著的影响。但是,地裂缝带在强震时的永久地形变却是值得注意的。从这一点上看,裂缝带内外地基失效程度必定有很大的差别,从而使裂缝上的震害加重。可见,在强震时,除地裂缝带本身因地基失效使震害加重而外,裂缝基本不对强震地面运动规律产生影响。所以在进行防震规划时,不必在常规的设防带之外再加宽防震地带。     

钢梁阻尼器的最佳延性率及其控制

基于双线性和三线性的力－位移滞回线假设，导出了钢梁阻尼器隔震系统等效阻尼比与阻尼器延性率的关系；为了获得大阻尼比隔震系统，以尽量减小隔震系统的地震反应，求得了使系统阻尼比为最大的阻尼器相应延性率（即最佳延性率）所需满足的条件；给出了在给定地震地面运动输入条件下，使系统阻尼器变形位移达到最佳延性率的阻尼器初始刚度和屈服位移的确定方法。     

地震动强度指标与隔震等效SDOF体系远场长周期地震位移响应的相关性研究

以远场长周期地震记录为输入,以隔震等效双线性SDOF体系为研究对象,研究了长周期地震强度指标与体系最大位移响应之间的相关性。首先,从太平洋地震工程研究中心(PEER)选取50条远场长周期地震记录作为输入,采用双线性力-位移关系曲线描述隔震支座的力学特性,根据生产厂家提供的支座参数确定体系的屈重比和支座的刚度比;其次,运用MATLAB进行编程求解,得到了与各地震记录对应的地震强度指标值和体系的最大位移响应;然后,采用Pearson方法对各地震强度指标与体系最大位移响应之间的相关性进行了统计研究。研究结果表明,远场长周期地震作用下,隔震结构的最大位移响应与加速度型指标和速度型指标的相关性较好,而与位移型指标的相关性最差;建议在进行隔震结构的抗震性能研究时,根据隔震前周期T1的取值范围选取Ic或PGV作为地震强度指标。     

复杂体形高层建筑剪扭振动地震反应分析

有些体形复杂的高层建筑,构件斜交,刚度不对称,地震作用的最不利方向与结构主轴成某一角度,扭转振动强烈。当建筑物平面尺寸较长或楼板刚度较小时,楼盖变形的影响也不容忽视。本文针对以上特点,提出刚性楼盖和弹性楼盖两种结构类型高层建筑的力学模型,建立其在多分量地面运动作用下的三维平面运动方程,并运用反应谱理论给出空间结构在双向地面平动分量作用下的地震内力计算方法。     

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。     

结构平稳随机地震反应时域分析:方法

给出了三种常用的随机地震地面运动过程模型,即理想白噪声模型、金井清模型、改进金井清模型的相关函数表达式.引入状态向量,在状态空间中建立地震地面运动激励下的结构振动方程,并求解出结构的复模态特性和复模态反应.利用复模态叠加法推导出线性时不变多自由度体系在这三种随机地震动激励下的平稳协方差反应的解析式,可在时域内直接计算结构随机反应的统计特征.该方法物理概念清晰,结论简便明确,可作为实际工程结构平稳随机地震反应的实用分析方法.     

土-结构动力相互作用问题分析中地震动输入的一种新方法

为实现地震作用下土-结构动力相互作用问题的有限元模拟,需要在人工边界上完成地震动的有效输入,目前工程和科研中常用的地震动输入方法有两种:波动输入方法和振动输入方法。波动输入方法的模拟精度高,但实施上相对复杂且耗时,而振动输入方法处理简单,但模拟精度较低。针对应力型人工边界提出一种在人工边界上实现地震动输入的新方法,该方法通过对土-结构有限元模型中由人工边界节点及相邻节点组成的局部子结构施加自由波场位移时程并进行动力分析,从而直接获得可实现地震波动有效输入的等效地震荷载,然后在土-结构有限元模型的人工边界节点上施加等效输入地震荷载并完成动力计算,由此完成土-结构动力相互作用问题的地震动输入和地震反应计算。与原有波动输入方法相比,新方法避免了原方法需分别计算人工边界上自由场应力和由引入人工边界条件引起的附加力,以及需要根据不同人工边界面的外法线方向确定荷载作用方向等较为复杂的处理过程,具有等效地震荷载计算简便、地震动输入过程更易于实施的特点。采用均匀弹性半空间和成层弹性半空间一维地震反应算例初步验证新方法的正确性和可靠性。     

桥梁隔震体系振动台试验研究(III)——测试结果分析

根据前文所述的测试结果 ,本文主要分析了隔震构造、橡胶支座水平刚度、地震输入频谱特性、地震烈度、输入方向、桥墩高度、桥墩嵌固程度等因素对隔震效果的影响 ,揭示了隔震体系耗散地震能量输入的机理 ,所得出的结论对工程实践具有指导意义。     

某四塔斜拉桥不同约束体系的动力特性研究

依托于琼州海峡大桥的四塔斜拉桥设计方案,研究了在不同塔梁连接方式下结构的自振特性和地震作用下的弹性反应。根据地震分析结果,发现不同频谱特性的地震波对各约束体系影响不同,从而可能会得出不一致的结论。就一般意义而言,全漂浮体系动力性能优于半漂浮体系,而与约束体系相比,其主梁和边塔顶纵向位移都明显更大;全约束体系的抗震性能优于局部约束体系,且对主梁纵向位移约束最强,但与漂浮体系相比其桥塔内力和主梁竖向挠曲都更大。     

人字形曲线梁桥振动台试验研究

为研究人字形曲线桥梁在地震输入下的地震反应特性,按1/20的几何比例设计制作了一座人字形曲线桥模型,进行了单向和多向输入下的振动台试验。研究了人字形桥梁结构在地震作用下的震害现象,以及多向输入对梁跨中及邻梁碰撞响应的影响。结果表明:梁体和桥墩主要表现为以弯曲裂缝为主的破坏模式,墩梁相对位移随着地震烈度的增大而增大;梁跨中加速度响应在三向和双向输入下都较单向输入为大,双向和三向输入都会使邻梁间的相对位移较单向输入时增大,更容易使结构发生碰撞;人字形桥梁结构地震响应不但与地震波输入方向有关,且与输入地震波的频谱特性和结构的形式及自身特性有关。     

隔震减震主次结构体系非线性随机地震反应分析

为研究隔震、减震装置非线性恢复力特性对2自由度主次结构体系均方根位移反应的影响规律,以隔震、减震装置微分型恢复力模式的滞回参数为变量,地震地面运动模拟成高斯白噪声过程,利用等效线性化方法得到主体结构和二次结构均方根位移反应的表达式.分析表明,主体结构隔震装置非线性恢复力特征对主、次结构的均方根位移反应的影响占主导地位;隔震、减震装置的恢复力特征产生适度非线性有利于减小主、次结构的均方根位移反应.     

双向地震波输入时振动方向对拱坝地震响应的影响

拱坝-地基三维地震响应分析中大多只分析入射地震波在拱坝-地基系统坐标系方向输入时的地震响应,而事实上,垂直入射的剪切波其振动方向是不确定的,地震波动的合理输入对拱坝-地基系统的地震响应分析起着决定性的作用.本文研究了拱坝-地基系统在双向地震波输入时不同振动方向对拱坝-地基系统地震响应的影响.计算结果表明:在双向地震波输入情形时,拱坝位移及应力响应最大值均不是发生在传统方法的横河向或者顺河向,而是与输入地震波相关,所以在研究拱坝-地基三维地震响应时有必要考虑入射地震波振动方向的影响.     

桥梁隔震体系振动台试验研究(Ⅲ)——测试结果分析

根据前文所述的测试结果，本文主要分析了隔震构造、橡胶支座水平刚度1地震输入频谱特性、地震烈度、输入方向、桥墩高度、桥墩嵌固程度等因素对隔震效果的影响，揭示了隔震体系耗散地震能量输入的机理，所得出的结论对工程实践具有指导意义。     

海洋平台结构地震反应的近似计算

本文对海洋平台结构地震反应运动方程中的非线性流体阻力项,按振动一周力作功相等的原则,等效为线性的粘滞阻尼力。在等效的过程中,作者提出了所谓“拟静态位移”的概念,用它代替等效粘滞阻尼系数中与频率有关的位移幅值,从而使计算大为简化。文中还以一简单的海洋工程结构为例,按该近似方法计算了它在某地震记录输入下的反应,并与“Fourier变换-时域迭代混合法”计算的结果进行了对比。结果表明:利用本文的近似方法计算海洋平台结构的地震反应不仅速度快、费用少,而且具有较高的精度。 该法还可以推广应用于同时受地震荷载及波浪荷载作用的海洋平台结构的反应分析。     

端承桩在层状地基波动与辐射阻尼影响下的横向地震反应分析

通过对层状地层中端承桩的分析,建立了合理的几何,数学及力学模型。考虑层状地基ＳＨ与ＳＶ波波动及非线性辐射阻尼影响,应用Ｄｉｒａｃ广义函数及Ｗｉｎｋｌｅｒ地基理论计入各种动力,抗力,地震力及内力等,建立地基波动方程,桩振动方程,地基与桩耦合振动方程。给出了柯西型函数的自由振动解。利用非经典理论正交条件和卷积定理给出了强迫振动地震反应解析解,算例结果充分表明了动力特性及振动规律非常正确,充分体现了本文     

基于复阻尼理论的混合结构Rayleigh阻尼模型

混合结构的阻尼矩阵不满足经典阻尼条件,导致传统的模态叠加法无法适用。复阻尼理论无法适用于时域计算,其自由振动响应中存在发散现象。针对混合结构的阻尼矩阵非比例性和复阻尼理论的时域发散性,基于频域等效原则构建了求解Rayleigh阻尼系数的数学优化模型,进而得到与复阻尼理论等效的Rayleigh阻尼运动方程。算例分析表明:依据位移时程响应和结构等效阻尼比可证明Rayleigh阻尼运动方程的正确性。基于本文研究成果,等效复阻尼理论的混合结构Rayleigh阻尼运动方程可直接采用模态叠加法,结合其确定的结构等效阻尼比,为混合结构的振型分解反应谱法提供理论依据。     

梯度——波扰效应

梯度———波扰效应是我们最近提出来的．其含义是：在梯度环境中,如质点有向某方向运动的趋势,则在波扰动该环境时,质点更有利于沿原来有利的方向运动．这个效应的物理机制是波动引起的后果逆于梯度和顺于梯度时是不同的．顺者可促使质点更有利于运动．对于地震问题来...     

层状横观各向同性场地地震反应分析

沉积风化作用使得天然土体表现出明显的成层特性和横观各向同性(TI)特性,然而目前还很少有针对层状TI场地地震反应分析的研究。本文推导了层状黏弹性TI场地的精确动力刚度矩阵,进而采用刚度矩阵方法求解了层状黏弹性TI场地的地震反应。文中通过与已有文献结果以及与经典EERA程序计算结果的比较验证了方法的正确性,并且分别在频域内和时域内进行了数值计算分析,研究了土体的TI性质对地表地震反应的影响。数值结果表明,TI场地与其等效各向同性场地地震反应有着显著的差异;当q P或q SV波以倾斜角度入射时,土体的TI参数对地表位移幅值放大谱的峰值及峰值频率具有显著影响;TI参数的改变将导致场地动力特性的改变,进而显著影响场地的地表加速度时程和相应的地震反应谱。     

多维多点虚拟激励法在ANSYS中的应用

为了进一步推广多维多点虚拟激励法在工程中的应用,以通用有限元软件ANSYS谐分析模块为平台,在结构有限元模型各支撑处激励方向上置大质量块后,直接将地震虚拟激励荷载施加于大质量块上,运用绝对位移直接求解运动方程.与传统虚拟激励法相比,该法不必将绝对位移分解为拟静力位移项和动力相对位移项,避免了求解静力影响矩阵的繁琐,能更...