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。     

基础隔震结构随机地震响应分析的复模态法

本文对多自由度基础隔震结构的随机地震响应问题进行了系统研究，首先建立了运动方程，然后用第一振型将上部结构展开，针对所得方程为非经典阻尼、非对称质量和非对称刚度情况，用复模态法解耦，获得了以第一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，从而建立了两自由度体系在任意非经典阻尼与非对称质量和刚度情况下随机地震响应解析解分析的一般方法。本文方法也可用于带TMD减震结构、无损伤“加层减震”加固结构的随机地震响应分析与优化设计。     

考虑SSI效应的层间隔震结构自振特性及随机响应分析

基于水平摇摆阻尼系统模型,建立土-层间隔震结构简化分析模型,将地基土等效到上部结构,推导得到简化模型动力特性参数表达式,并通过对结构周期比及振型参与位移进行分析,讨论质量比及土体剪切波速对层间隔震结构自振特性的影响规律。利用虚拟激励法及均匀调制非平稳随机响应分析方法,分别从时域和频域角度分析不同场地条件下SSI效应对层间隔震结构的振动响应影响。结果表明：在刚性地基下,结构质量比对结构周期比及振型参与位移的影响较小,SSI效应放大了各子结构响应,尤其对下部子结构响应影响最大,各子结构在场地土差异下变化明显,软土场地下各子结构响应变大。     

钢-混凝土叠合梁自锚式悬索桥动力特性测试分析

针对钢-混凝土叠合梁自锚式悬索桥的结构特点,在总结以往大跨径桥梁有限元模型的基础上,采用组合有限元法以梁、板、杆、索单元建立邵阳市桂花大桥三维有限元模型,计算分析获得结构的主要频率和振型。通过现场测试获得大桥环境激励和行车激励作用下的响应时程,分析得到结构的主要频率、振型和阻尼比,引入模态置信因子对计算模态信息和实测模态信息进行比较分析,以验证数值模型和实测结果的准确性。研究结果可为全面了解钢-混凝土叠合梁自锚式悬索桥的动力特性、准确预测结构的动力响应以及类似桥梁的抗震、抗风设计提供重要依据。     

层状地基桩柱结构地震响应特性研究

为研究自然地质环境条件下非均质层状地基对结构物地震响应的影响,本文通过层状饱和土的刚度矩阵的建立,对不同夹层条件下的地基地震响应进行了对比研究。研究结果表明:相较于均质土层地基,由于非均质地基土层存在的非连续性界面,非均质夹层能明显影响地基的波动响应特征,对地震波有着显著的选择性滤波作用,尤其在含软夹层地基条件下能极大削弱入射波中的高频成分,而硬夹层则能极大滤除地震波中的低频成分。在对地基地震响应研究的基础上,通过对单桩和群桩码头结构的地震响应的数值模拟,对含夹层地基条件下不同刚度结构地震响应特性进行了对比研究。对比研究表明:对不同刚度的结构物,由于其固有自振频率的差异,不同夹层地基对其地震动力响应存在显著不同的影响规律,由于单桩结构较低的固有频率,使得其对低频波更为敏感,其固有振型在含软夹层地基条件下更容易被激发引起结构共振,而群桩结构则刚好相反,由于其更高的固有频率,在软夹层地基条件下由于高频波的滤除使得结构的地震动力响应显著降低,而在均质或含硬夹层条件下更容易激发其固有振型。通过对不同夹层地基条件下结构地震动力响应规律的研究,可以看出结构的地震动力响应同时受地基夹层条件以及结构自身动力特性的影响,相关研究结论可为非均质地基条件下的结构地震响应研究提供参考。     

TMD多点控制体系随机地震响应分析的虚拟激励法

对于频率分布密集或受频带较宽的地震激励的结构，其响应不再以某一单一振型为主，须考虑采用多点控制。本文对受TMD多点控制的结构进行了研究。文中建立了带有多个子结构系统的以模态坐标和子结构自由度为未知量的统一运动方程。针对所得方程为非对称质量、非对称刚度、非经典阻尼的情况，本文给出了使用直接法求解的格式。地震随机响应分析采用了虚拟激励法，可以考虑各振型之间的耦合项，计算量小且精度高。本文的方法适用于带有多个子结构的系统的一般性问题，具有广泛的应用价值。     

大跨度钢桁架转换层结构的竖向地震反应分析

对某一带钢桁架转换层的复杂高层结构进行了有限元建模,分别采用振型分解反应谱法、时程分析法和《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)的设计反应谱法对大跨高位钢桁架转换层结构的竖向地震响应进行了分析.对采用振型分解反应谱法计算此类结构响应时所要选取的振型数及振型组合方法进行了探讨,并对规范采用10％的重力荷载代表值...     

求解结构动力响应的小波分解法

本文用时程分析、振型迭加和小波变换3种方法,对一个10层建筑结构的地震动力响应进行了计算和比较,三者的结果完全一致,从而说明了线性时不变系统结构动力响应的唯一性定律是正确的。由于时程分析法可以用于非线性系统,而振型分解法只能用于线性系统,小波变换不但可以用于非线性,更可以用来进行多尺度分析的能谱计算,它能使抗震分析从传统的滞回耗能模型,提高到以结构损伤和延性评价的体系上来。     

地震作用下智能相邻建筑的主动锚索控制

研究了应用主动锚索控制装置控制相邻建筑地震响应的有效性。首先，建立了主动锚索－相邻建筑系统的运动方程；然后应用广义振型分析方法，寻求了主动锚索联结的相邻建筑的力学特性，特别是振型阻尼比；最后，在频率域内应用广义振型分析与虚拟激励相结合的方法，建立了主动锚索控制装置联结相邻建筑的随机地震响应的分析方法。应用本文建立的公式，我们编制了计算机程序，进行了广泛的参数研究，以评价控制装置的有效性，并确定最优传感器类型及控制装置参数。研究表明，如果应用速度传感器，并能适当地选择主动锚索控制器的参数，则可以显著地提高系统的振型阻尼比，减小两个结构的地震响应。     

桩-土-结构相互作用分析的等效计算桩长简化模型

在一定程度上,桩长是影响桩-土-结构体系动力分析复杂程度的关键因素之一,在桩-土-结构相互作用的数值模拟中对桩长进行适当简化可以提高计算效率,尤其对具有大量长桩基础的结构体系。基于Boulanger模型和OpenSees软件,分析了软粘土地基-单桩结构体系地震反应中桩身的位移、弯矩、剪力的分布特点以及桩顶上部结构的加速度响应,探讨了结构体系振型及振型周期随桩长的变化特点,进一步提出了等效计算桩长的桩-土-结构模型。研究表明,当结构体系前3阶的振型周期的变化率控制到2.5%时,对应的等效计算桩长分析模型能实现较高的动力响应计算精度,其动力响应误差已降低至5%以内;等效计算桩长可以通过动力响应误差控制精度要求确定,对于软粘土地基中的单桩基础结构,建议将前3阶振型周期的变化率控制到2.5%时的计算桩长作为等效计算桩长。     

台湾某钢框架大楼采用阻尼器补强结构减震效果评析

阻尼器是一种效果良好的减震装置,将阻尼器安装于结构中能够适时为结构体系提供阻尼力,从而减小地震作用对结构的破坏。黏滞阻尼器对振动的反应比较敏感,在结构受到较小振动时就可以发挥其减震效果,其阻尼力会随着振动周期和使用状态温度的不同而变化。当地震发生时,安装在结构中的阻尼器会消减地震作用,降低传导到主结构体系的地震能量,减小结构相对位移。本文介绍了黏滞阻尼器的工作原理和安装有黏滞阻尼器的结构体系的阻尼比的计算方法,对减震结构的减震效果的评析方法做出探讨,并以一安装有黏滞阻尼器的台湾某既有钢框架结构为例,分析了(1)该结构在遭受地震作用时的地震反应;(2)该结构体系在不同地震作用水平时的阻尼比,包括主体结构阻尼比和黏滞阻尼器阻尼比;(3)结构安装黏滞阻尼器后的减震效果。实例对本文的减震评析方法和减震效果进行了说明和分析,计算及分析结果表明利用黏滞阻尼器加固既有结构能够取得较好的减震效果,本文所提减震效果评析方法是一种实用有效的评析方法,对类似工程的减震评析具有一定的参考价值。     

利用惯容隔震系统的结构层间隔震研究

层间隔震技术对于结构竖向不规则以及结构增层等状况有良好的适用性。然而,层间隔震可能出现的较大隔震层变形会带来结构设计的困难。通过在隔震层中设置阻尼元件可以减少变形,但是过大的阻尼出力和过多的数量需求可能导致空间布置和安装不便。惯容元件为解决以上问题提供了一种新的途径。该研究提出采用惯容隔震系统作为层间隔震提高能量耗散效率的手段以控制地震响应,同时也给出了基于性能需求的惯容层间隔震的参数优化设计方法。并以一个标准钢结构模型验证了方法的有效性。结果表明:惯容元件的使用显著降低了上部子结构的地震响应和隔震层的变形,惯容系统实现了预期的耗能增效作用。     

设置黏滞阻尼器的钢结构实用减震设计方法

黏滞阻尼器作为一种有效的消能减震装置,已在钢结构建筑中得到了大量应用.然而由于钢结构的延性和阻尼特征,实用的钢结构附加黏滞阻尼器设计方法仍需深度探讨.文中提出一种基于黏滞阻尼器延性需求的减震设计方法.首先,根据钢结构需求量化层间位移角性能目标及目标附加阻尼比,计算黏滞阻尼器延性需求,并确定黏滞阻尼器布置数量、进行控制效...     

钢板阻尼墙基于Bouc-Wen模型的模拟和工程应用研究

钢板阻尼墙抗震性能好,设计自由度大,在工程中使用越来越多。为了更高精度地模拟钢板阻尼墙的力学性能,提出基于Bouc-Wen模型的模拟分析方法。给出一种基于Bouc-Wen模型钢板阻尼墙参数辨识方法,根据试验数据和仿真结果的验证对比,文中提出的模拟方法可以较好地反映钢板阻尼墙的的力学性能曲线。该模拟方法可得到较好的仿真效果,对实际工程设计分析钢板阻尼墙对结构的抗震性能影响有高精度、数据化的帮助,可为进一步工程应用和设计分析提供参考。     

Full-scale tests of wind effects on a long span roof structure

Full-scale measurements are regarded as the most reliable method to evaluate wind effects on large buildings and structures. Some selected results are presented in this paper from the full-scale measurement of wind effects on a long-span steel roof structure during the passage of Typhoon Fanapi. Some fi eld data, including wind speed and direction, acceleration responses, etc., were continuously and simultaneously recorded during the passage of the typhoon. Comprehensive analysis of the measured data is conducted to evaluate the typhoon-generated wind characteristics and its effects on a long-span steel roof. The fi rst four natural frequencies and their vibration mode shapes of the Guangzhou International Sports Arena(GISA) roof are evaluated by the stochastic subspace identifi cation(SSI) method and comparisons with those from fi nite element(FE) analysis are made. Meanwhile, damping ratios of the roof are also identifi ed by the SSI method and compared with those identifi ed by the random decrement method; the amplitude-dependent damping behaviors are also discussed. The fullscale measurement results are further compared with the corresponding wind tunnel test results to evaluate its reliability. The results obtained from this study are valuable for academic and professional engineers involved in the design of large-span roof structures.     

罕遇地震弹塑性静、动力分析方法中结构阻尼问题探讨

本文针对罕遇地震弹塑性静、动力分析方法中结构的阻尼问题进行了一些算例和理论方面的探讨.总结了现有"规范"对于结构阻尼方面的规定;针对实际的高层混凝土和高层钢结构算例,探讨了各性能设计阶段结构等效阻尼比的变化情况,以及弹塑性阻尼对于结构静力推覆分析和能力谱方法计算结果的影响;探讨了不同的阻尼比对于罕遇地震弹性和弹塑性动力时程分析结果的影响;指出了将Rayleigh阻尼自然推广到弹塑性动力时程分析中所存在的问题;本文提出了实时阻尼比概念,通过算例分析表明可以较好地改进罕遇地震弹塑性动力时程分析中的阻尼问题.     

新型开孔H型钢阻尼器有限元分析

设计了分别开椭圆形孔和菱形孔的2种新型H型钢耗能器,阐述了它们的构造与耗能原理。采用有限元软件ABAQUS对开椭圆形孔、菱形孔和条形孔这3种新型耗能器的耗能性能进行数值分析,研究了开孔形状、肢宽与肢高等参数对新型耗能器耗能性能的影响。分析结果表明：新型H型钢耗能器具有饱满的滞回曲线,屈服位移较小、耗能性能稳定,耗能器的屈服位移、初始刚度和等效阻尼比随各肢钢板宽度增大（或高度减小）而增大;在开孔率相近或者肢宽相同的情况下,菱形孔H型钢耗能器的等效阻尼比要比条形孔和椭圆形孔的大,且应力分布更加均匀。     

Design of multiple tuned mass dampers by using a numerical optimizer

A new method to design multiple tuned mass dampers (multiple TMDs) for minimizing excessive vibration of structures has been developed using a numerical optimizer. It is a very powerful method by which a large number of design variables can be effectively handled without imposing any restriction before the analysis. Its framework is highly flexible and can be easily extended to general structures with different combinations of loading conditions and target controlled quantities. The method has been used to design multiple TMDs for SDOF structures subjected to wide‐band excitation. Some novel results have been obtained. To reduce displacement response of the structure, the optimally designed multiple TMDs have distributed natural frequencies and distinct damping ratios at low damping level. The obtained optimal configuration of TMDs was different from the earlier analytical solutions and was proved to be the most effective. A robustness design of multiple TMDs has also been presented. Robustness is defined as the ability of TMDs to function properly despite the presence of uncertainties in the parameters of the system. Numerical examples of minimizing acceleration structural response have been given where the system parameters are uncertain and are modeled as independent normal variates. It was found that, in case of uncertainties in the structural properties, increasing the TMD damping ratios along with expanding the TMD frequency range make the system more robust. Meanwhile, if TMD parameters themselves are uncertain, it is necessary to design TMDs for higher damping ratios and a narrower frequency range. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于楼层剪力的等效阻尼比计算方法研究

针对现有附加有效阻尼比计算方法存在的问题,本文从能量的角度揭示了阻尼比对结构影响的机理。从结构设计的角度,提出一种在时程分析下基于楼层剪力的消能减震结构等效阻尼比计算方法。对布置黏滞阻尼器和软钢阻尼器的消能减震模型,采用本文提出的等效阻尼比计算方法,建立等效结构进行结构响应对比。结果表明,由该计算方法得到的等效阻尼比能够准确地评估阻尼器在结构中的耗能效果,建立的等效结构能够准确反映消能减震结构实际情况。基于楼层剪力的等效阻尼比计算方法通过等效结构楼层剪力大于或等于消能减震结构楼层剪力判断迭代完成,该方法计算过程不涉及阻尼器参数及结构形式,适用于所有阻尼器类型与结构类型。计算得到的等效结构进行设计能够确保结构设计的安全。     

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。