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.     

多点输入下大跨空间索结构的非平稳响应分析

将非平稳地面运动的加速度表示为零均值的平稳随机函数乘以调制函数的形式,借助于虚拟激励法,解决了计算量与精度的矛盾,计算了大跨空间索结构的随机地震响应,即时变加速度功率谱和时变位移方差,比较分析了多点和一致2种输入方法下索结构非平稳响应的差异及多点输入下结构平稳和非平稳响应的差异,并且分析了视波速、结构跨度和阻尼比等因素的影响。通过分析可以看出虚拟激励法对于分析大跨度空间索结构的非平稳随机地震响应是非常适合的,而且是高效的。     

一种新的巨型-子结构控制体系在非平稳地震作用下的反应分析

本文研究了一种新的控制结构体系——巨型-子结构控制体系。根据控振结构体系的特点和通过对该结构的变形分析:主框架采用弯曲模型,而次框架采用剪切模型的集中质量模型,据此推导了控振结构的运动方程。利用复模态方法,对它和普通巨型框架结构进行了2种非平稳地震作用下的对比分析。研究结构表明:这种新的结构体系能有效控制地震响应,结构安全性和舒适度均有明显提高。     

考虑行波效应的车桥系统地震响应分析

借助虚拟激励法,本文研究了非一致水平地震作用下三维车桥耦合时变系统的非平稳随机振动问题。通过轮轨间位移协调关系将列车和桥梁运动方程进行耦合,建立了考虑行波效应的多点地震激励下列车-桥梁时变系统运动方程。水平地震激励假设为均匀调制多点异相位完全相干随机激励;轨道不平顺激励假设为多点异相位完全相干平稳随机激励。采用时变系统的虚拟激励法将这些随机激励分别转化为一系列虚拟的确定性激励,然后通过数值积分求解相应的虚拟响应,进而方便地得到系统随机响应的时变功率谱密度函数和标准差等。数值算例中,通过Monte Carlo法验证了本文随机振动分析方法的正确性和有效性,并讨论了地震波视波速、场地土条件等对系统随机响应的影响。     

基于虚拟激励法的消能减震结构随机响应分析

基于虚拟激励法推导了用于具有非比例阻尼特征的消能减震结构在随机地震激励下计算其响应功率谱的一般解答.该法避免了复模态方法的复数运算,可高效地求出响应功率谱和均方响应.算例验证分析说明该方法符合工程经验,具有很高的计算效率.     

空间网格结构多维多点随机地震响应分析的高效算法

将林家浩教授提出的“虚拟激励法”进一步推广应用于空间网格结构多维多点非平稳随机地震响应分析,推导了多维虚拟激励随机振动分析方法的理论公式,给出了峰值响应估计方法,并讨论了多维地震动的随机模型及参数选取,通过编制的专用计算机程序分析了网壳结构的随机地震响应。本方法自动包含了参振振型间及各输人地震分量间的相关项,计算精确、快速,非常适合分析频率密集型空间网格结构的随机地震响应,是一种高效的随机振动分析算法。     

刚性结构基础隔震随机地震响应及优化分析

运用随机振动的时域复模态分析方法，对刚性结构房屋基础隔震体系在平稳随机地震激励下的响应进行了分析，得出隔震结构体系的地震反应统计特征。在此基础上，结合基础隔震结构均方响应和地震激励均方值之比与频率比、阻尼比的关系曲线以及基于失效概率下位移限值与频率比、阻尼比的关系曲线，提出采用图解法确定隔震装置合理优化的参数取值。     

非平稳随机激励下线性结构动力响应的小波多尺度分析

为了能够有效地建立随机激励作用下结构动力响应均方值、频率与时间之间的关系,基于小波多尺度分析理论,探讨了非平稳随机激励下线性结构动力响应均方值的2种计算方法：(1)先采用显式时域法求解线性结构在不同激励样本下的动力响应样本,然后基于小波多尺度分析技术对各动力响应样本进行多尺度分析;(2)先将不同的激励样本进行小波多尺度分析得到不同尺度下的激励样本,然后再基于显式时域法高效求解线性结构在不同尺度激励样本下的响应样本。最后,基于导出的响应均方值多尺度计算公式得到总的响应均方值。在数值算例部分,采用Meyer小波对结构动力响应实施了小波多尺度分析。算例结果表明,位于结构基频共振区域的那部分激励能量对位移响应均方值有较大的贡献,而对速度响应均方值和加速度响应均方值影响较为复杂。同时,数值算例还表明所提计算方法不受非平稳激励形式的限制,且可以在频域空间高效地识别出激励不同频率区间的能量对结构动力响应均方值的贡献情况。     

考虑一阶系统参与组合的复模态分解反应谱法

对地震作用下结构反应的复模态分解反应谱法进行了研究,指出在复模态分解反应谱法中,具有实特征值的模态不必组成二阶振动系统,可按一阶线性系统参与模态组合,且一阶线性系统只需要一条反应谱。给出了相应的复模态完全平方组合(CCQC)系数计算公式,该公式包括了一阶系统响应的相关函数和一阶系统响应与二阶系统响应之间的相关函数。通过算例验证了方法的可行性。     

平稳随机激励下随机结构非线性动力响应分析

为了在结构强震灾变过程模拟中正确反映结构参数的随机性并准确界定结构失效模式,提出一种平稳随机激励下随机结构非线性动力响应分析的简化方法.首先运用点估计法将复合非线性随机系统转化为一系列平稳随机激励下的确定性非线性结构,然后再应用成熟的等效线性化方法计算出平稳随机激励下非线性结构动力响应的各阶矩.文末进行了算例分析与验证...     

多点激励下拱桥竖向地震反应的简化计算方法

以某大跨公路拱桥为例,通过对拱桥在三种行波输入模式下地震反应的对比计算,提出了拱脚行波输入的简化输入方式;利用拱桥结构的对称性特点,提出了多点输入下半拱叠加的简化计算方法。经验证,这一计算方法具有良好的计算精度,可将较为复杂的拱桥多点输入地震反应计算问题,转化为工程技术人员熟悉的一致输入下地震反应计算问题。     

均质土坝非平稳随机地震反应分析

考虑地震荷载的随机性及强度、频率的非平稳性,基于作者提出的适用于非平稳随机过程的一般随机地震动模型,采用虚拟激励法,建立了非平稳随机地震反应分析方法,并将其应用于某实际均质土坝动力分析中。土石坝及坝基体系采用整体有限元离散,坝体和坝基材料的动力非线性性能以等效线性化方法考虑。首先,基于目标加速度时程的强度和能量信息,确定了作为输入的加速度时—频演变功率谱密度;其次,比较了确定性时程动力分析和非平稳随机分析的结果,探讨了频率非平稳随机地震激励下的土石坝地震反应特性;最后,比较了2种不同坝基条件下的土石坝非平稳随机地震反应,探讨了频率非平稳随机激励下的土石—坝基动力相互作用。分析结果表明：地震动的频率非平稳性对土石坝动力反应有一定影响;坝体—坝基动力相互作用在地震过程中的不同阶段表现有所不同,主震阶段的相互作用显著。     

振动台试验模型地震反应的HHT研究

Hilbert-Huang Transform(HHT)是一种新的适用于非线性、非平稳信号,且具有自适应性的数据处理方法．本文简要介绍了一座45层钢筋混凝土框架结构及其振动台试验模型概况. 利用HHT分析了模型结构在不同烈度地震中的反应记录,得到了Hilbert时频幅值三维分布和Hilbert边际谱．Hilbert谱得到记录能量集中分布的频段与时间范围,捕捉到信号变化的主要特征. Hilbert边际谱曲线形状和峰值频率值随着地震烈度的升级而发生了相应变化,而且所有的结果图形体现出相同的规律性,预示着Hilbert边际谱在土木工程结构安全评价中的应用前景．      

多点激励下大跨度连续钢桁架柔性拱桥空间地震响应分析

基于多自由度空间结构体系地震响应分析的基本理论,利用ANSYS建立空间有限元模型,采用动力时程分析法分析某大跨度连续钢桁架柔性拱桥在一致和非一致激励作用不同地震工况下的空间地震响应。研究结果表明:非一致激励作用下,拱肋轴力、主桁弯矩峰值出现在拱脚和边墩附近;地震波组合输入较其单向输入拱脚轴力和面内弯矩最大分别可达1.28和8.32倍;非一致输入较一致激励作用拱脚轴力和面内弯矩分别可达2.5和8.4倍;地震波横向输入较纵向输入横向位移峰值比可达2.4倍,纵向输入较横向输入纵向位移峰值比可达2.6倍;结构的支座形式对结构构件地震响应结果也有一定影响;建议大跨度钢桁拱桥抗震设计应充分考虑地震波的空间和时间效应。     

A modified method for simulating non-stationary multi-point earthquake ground motion

A spectral-representation-based algorithm is proposed to simulate non-stationary and stochastic processes with evolutionary power,according to a prescribed non-stationary cross-spectral density matrix. Non-stationary multi-point seismic ground motions at different locations on the ground surface are generated for use in engineering applications. First,a modified iterative procedure is used to generate uniformly modulated non-stationary ground motion time histories which are compatible with the prescribed power spectrum. Then,ground motion time histories are modeled as a non-stationary stochastic process with amplitude and frequency modulation. The characteristic frequency and damping ratio of the Clough-Penzien acceleration spectrum are considered as a function of time in order to study the frequency time variation. Finally,two numerical examples are presented to validate the efficiency of the proposed method,and the results show that this method can be effectively applied to the dynamic seismic analysis of long and large scale structures.     

基于人工地震波作用下大跨度悬索桥多点激励地震响应分析

为研究大跨度悬索桥在多点激励作用下的地震响应规律,在已有的功率谱模型基础上提出了改进的功率谱模型,并将其应用到人工地震波合成过程中。以某水库上主跨720 m双塔单跨悬索桥为研究对象,用Midas civil建立全桥有限元模型,采用大质量法进行不同波速多点激励地震响应分析。结果表明:大跨度悬索桥在多点激励作用下的主塔内力响应、主塔位移响应及主梁位移响应均受行波效应、衰减效应、不相干效应及衰减后地震波叠加效应影响,且最终的响应值由衰减后地震波的叠加效应与衰减效应的共同作用决定;500 m/s多点激励下衰减后的地震波叠加加强效应与衰减效应共同作用后,对主塔轴力响应、主塔塔底顺桥向剪力响应、左塔上横梁处剪力和弯矩响应的加强效果最大;各波速多点激励下,主塔顶顺桥向位移响应相对变化率均大于零且几乎保持不变,主梁两端顺桥向位移响应相对变化率在1 000 m/s波速取得最大值,主梁竖向位移响应在500 m/s取得最大值并随波速的增加逐渐接近一致激励情况。     

浅埋地下结构顶板在竖向地震作用下的动力响应

采用结构动力学的方法研究了浅埋地下箱形结构在竖向地震作用下的动力响应。鉴于土与结构动力相互作用分析的复杂性,为了简化分析,整个分析过程分为2步。第1步把结构看作是刚体,利用刚体与地基的相互作用分析求得刚体在竖向地震分量作用下的动力响应;第2步首先考虑到了侧墙对于顶板的抗弯约束作用,求得了顶板的固有频率及振型,并把第1步刚体的动力响应作为输入求解顶板梁的受迫振动,进而求得了顶板弯矩。     

多维地震激励下考虑构件滞回性能的输电塔倒塌分析

本文基于角钢新型非线性材料本构模型对多维地震激励下输电塔倒塌破坏进行模拟研究。基于ABAQUS中RIKS算法得到不同长细比角钢的屈曲承载力,并通过承载力试验验证有限元分析结果。基于角钢滞回性能试验结果,采用Fortran语言编制角钢新型非线性材料本构模型,并与试验结果对比。建立输电塔三维有限元模型,采用动力显式分析方法,对多维地震激励下输电塔倒塌进行模拟,总结输电塔的极限承载力、杆件屈曲情况和倒塌位置。研究结果可为多维地震激励下输电塔抗倒塌设计提供参考。     

Seismic response analysis of continuous rigid frame bridge considering canyon topography effects under incident SV waves

To evaluate the importance of the canyon topography effects on large structures, based on a rigid frame bridge across a 137-m-deep and 600-m-wide canyon, the seismic response of the canyon site is analyzed using a two-dimensional finite element model under different seismic SV waves with the assumptions of vertical incidence and oblique incidence to obtain the ground motions, which are used as the excitation input on the pier foundations of the bridge with improved large mass method. The results indicate th...     

Generation of critical stochastic earthquakes

A stochastic critical excitation is defined as that excitation with a given variance that maximizes the variance in the dynamic response of a system. A non-stationary filtered shot noise is used to develop a stochastic critical excitation model of an earthquake ground motion process, and the response statistics for a linear system are determined in both time and frequency domains. The sensitivity of response to several assumed earthquake pulse arrival rate functions is examined. Responses to recorded strong ground motion and to stochastic critical excitations with the same total energy are compared to assess the degree of conservatism in the procedure. An application of the procedure to seismic qualification of equipment is presented.