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。     

多年冻土区桩基础桥墩随机地震反应分析

将随机振动理论、粘弹性边界条件的二维波动法以及结构动力分析有限元法结合起来，考虑场地地震动为零均值的高斯平稳随机过程，对青藏铁路多年冻土区桩基础桥墩进行了随机地震反应分析，计算了9度地震作用下桥墩随机地震响应最大值的均值和均方差，分析了冻土层及桥墩高度对桥墩随机地震响应的影响。     

基于随机反应谱理论的支柱类电气设备抗震性能评估方法研究

主要开展了支柱类电气设备结构的抗震性能评估问题研究。建立了针对电气设施结构支架动力放大系数选取安全性的一种评估算法。首先采用随机反应谱法考虑地震荷载的随机性,建立了地震影响系数的极值I型概率分布;然后通过蒙特卡洛一般抽样方法进行地震反应谱荷载样本的随机投放,并采用有限元法计算样本荷载下支柱类电气设备结构的地震响应;最终依据地震响应量及设计阈值表达的功能函数实现结构设计方案可靠度指标的评估计算。工程算例表明,通过本文方法可以实现支架类电气设备结构抗震设计方案的可靠性评估。     

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。     

预应力拱架结构地震响应的动力时程分析

以预应力拱架结构为研究对象,运用反应谱法和时程分析法计算了结构在地震作用下的响应,并与相应的静内力作了比较。结果表明,在预应力拱架结构的抗震研究中,需同时考虑水平和竖向地震作用。总结了结构地震响应的规律,为抗震设计提供有利依据。     

多自由度海洋结构随机地震响应的近似计算方法

本文主要针对海洋结构非线性随机地震响应问题的近似计算分析进行了研究,导出了一个求解等效阻尼系数的简单表达式,利用这一等效阻尼系数,就可直接求解非线性结构的随机地震响应,而不必进行反复的迭代。这一方法的优点是求解过程较简单,计算速度快,但又具有较高的精度。     

随机阻尼对结构抗风抗震动力响应的影响

本文讨论了结构系统阻尼的随机性,运用运动微分方程和二阶摄动地具有随机阻尼的结构系统在地震荷载作用下的动力响应进行了计算,给出随机阻尼对结构响应的影响。结果表明,随机阻尼对结构的位移、速度和加速度的物确存在,特别是阻尼的变异系数较大对结构的动力响应影响更为明显,应引起结构设计者的足够重视。     

地震多点激励结构随机分析方法

将多点地震激励简化为平稳向量随机过程，地对其时－空相关特性，采用两步相关谱展开，使相关向量随机过程转化为正交向量随机过程，通过结构振型分解法直接求得结构随机响应；进一步可计算各种响应功率谱密度。本文方法不仅考虑了结构的多点激励及行波效应，而且考虑了结构振型之间的相关性，计算过程简单，是结构随机振动分析的一种有效方法。     

新型索承网壳结构非线性地震反应特性和参数分析

本文根据新型大跨空间杂交结构———索承网壳结构的受力特点,选用梁元、杆元和索元的混合有限元模型,给出了一种有效的适用于该类结构的非线性动力响应的增量、迭代有限元计算方法。以K8型索承网壳结构为研究对象,进行了时域内的三向地震作用下的非线性反应分析。计算结果表明,该结构具有良好的抗震性能。文中针对地震响应的主要影响参数,对其地震响应规律作了系统的研究,得出矢跨比和撑杆长度是抗震设计的主要控制参数等有应用价值的结论。     

关于结构系统地震输入模式问题的讨论

通过具有不同自振频率的单自由度系统地震响应的数值计算,讨论了基于运动学和动力学关系所形成的不同地震动时程输入模式对计算结构地震响应的影响.数值结果表明,不同地震输入模式对计算结构地震响应是有较大的影响,要慎重应用地震位移输入模式.     

基于响应面法的连续刚构地震可靠度分析

地震可靠度是桥梁抗震研究中的重要问题。基于随机分析的响应面理论和规范反应谱法,提出了一种分析具有随机结构参数的桥梁地震可靠度的方法,研究了结构的破坏准则及其极限状态方程,计算了高墩大跨连续刚构桥在地震激励下设计基准期内的动力可靠度。分析时考虑了结构参数和场地土的随机性,分别计算了连续刚构在多遇地震、设防地震和罕遇地震作用下的失效概率,得到了结构在设计基准期内,"三水准设防标准"条件下的地震可靠度。结果表明,该桥设计满足抗震规范要求。     

钢框架基于复模态随机反应分析的抗震可靠度研究

首次将复模态法应用于钢框架结构的随机地震反应分析中,通过算例对钢框架结构在平稳地震激励下的抗震可靠度进行了计算分析。同时,提出了钢框架在非平稳地震激励下的反应统计量的求解方法。研究表明,钢框架结构在非平稳地震激励下的随机反应分析,可以利用扩阶的方法来进行,将求解结构非平稳随机响应转化为求解扩阶系统在均匀调制白噪声激励下的响应。采用复模态分析法可较方便地求解出结构在非平稳地震激励下弹性随机反应的协方差函数及均方差的解析表达式。     

行波效应对大跨度空间结构随机地震响应的影响

深入研究了行波效应对大跨度空间结构随机地震响应的影响,进一步完善了大跨度空间结构随机地震响应分析理论。推导了双支座、单自由度体系地震响应功率谱密度函数的解析表达式,研究了不同频率体系的响应峰值随地面视波速的变化规律,分析了多支撑点、多自由度体系的地震响应功率谱矩阵的特点,发现多自由度体系地震响应随地面视波速的变化规律与单自由度体系相似。数值模拟了某体育馆网壳结构在不同地面视波速情况下的随机地震响应,结果表明,考虑地震动行波效应后,结构地震响应随地面视波速的变化而显著变化,当视波速较低时其变化规律很复杂;且支撑点附近、受拟静力位移影响较大的部分杆件的地震响应明显增大,远离支撑点处、受拟静力位移影响较小的部分杆件的地震响应稍有减小。由此得出结论,对于大跨度空间结构的随机地震响应分析,必须考虑地震动的行波效应,尤其当受拟静力位移影响较大的部分杆件对结构抗震设计起控制作用时;且应对可能出现的地面视波速进行全面分析,作为结构抗震设计依据。     

地震临界区域尺度与地震预测

地震临界区域尺度的界定对于地震前兆研究有着重要意义。通过加卸载响应比(LURR)及震前矩张量加速释放(AMR)两种模型对地震临界区域尺度进行了分析。采用不同半径区域内地震事件的Benioff应变分别计算LURR和AMR时间序列,震前引起时间序列异常变化最明显的半径尺度所定义的区域就是最佳地震临界区域。华北地区M>5震例研究结果显示两种模型所得到的最佳地震临界区域具有明显的一致性,最佳临界区域半径与主震震级之间统计的线性关系斜率约为0.34～0.36。研究结果表明通过不同预测模型可以较为定量的评价地震临界区域尺度,从而为地震预测研究提供依据。     

结构地震临界荷载的上、下限问题研究

本文介绍了利用变分原理推导的拟势能原理和拟余能原理，把拟势能原理和拟余能原理应用到结构地震临界荷载分析中，从而提出了一种计算结构地震临界荷载的新方法，同时从理论上论述了为什么利用拟势能原理和拟余能原理可以分析结构地震临界荷载的上、下限问题．     

随机地震作用下隧道结构抗震可靠度研究

地震引起的地面运动是非常复杂的随机过程,具有时间和频率非平稳的特性。用确定性方法对隧道结构抗震性能的评价未能考虑地震动的随机性。本文提出采用概率密度演化法计算隧道结构在随机地震作用下变形响应的概率分布,并引入变形指标计算其在随机地震作用下的可靠度以评估抗震性能。首先根据概率守恒原理的随机事件描述建立概率密度演化方程;其次,根据相应的初始条件与边界条件,采用总变差不增(TVD)格式的有限差分方法求解方程;最后求和得到隧道结构变形指标的概率分布并依据指标限值给出可靠度。结果表明,在随机地震作用下,隧道结构变形响应的概率分布与地震动强度随时间变化规律一致。采用不同变形指标计算得到的可靠度存在差异,直径变形率对应的结构可靠度为0.752 1,隧道倾斜角对应的结构可靠度为0.875 0。     

基于随机振动理论确定桥梁地震碰撞的临界间隙

确定梁桥邻跨间避免地震碰撞的最小间隙,对于梁桥地震碰撞危险性预测及防地震碰撞措施的设计有着显著意义。本文基于随机振动理论建立梁桥地震碰撞邻跨临界间隙的计算方法,分析模型采用跨径不等的两跨简支梁桥,且考虑隔震支座非线性恢复力的影响。文中首先建立了系统的非线性运动方程;随后运用随机等效线性化理论将其线性化;最后在复模态空间推导了临界碰撞间隙的均值与方差的计算方法。人工地震动的非线性时程分析结果验证了本文算法的正确性。参数分析表明,临界间隙随邻跨长度比增大而增大,随支座屈服力与上部结构重量比值减小而增大,随隔震支座屈服位移增大而增大,随桥墩振动周期增大而增大。隔震支座屈服前后刚度比值对临界间隙大小影响很小。     

膜型网壳结构抗震性能研究

本文采用子空间迭代法分析了单层膜型网壳结构的自振特性;推导了大跨空间结构几何非线性地震响应时程分析的计算过程,编制相应的计算程序,用振型分解反应谱法与时程法进行了结构地震响应特性分析。研究表明:膜型网壳结构的抗震性能比较好;用反应谱法分析时,水平地震作用下截断振型取15、竖向地震作用下取60可满足工程设计要求;用反应谱法计算结构竖向地震响应是安全可靠的,但进行水平地震响应分析时,最终还需用时程法进行验算。     

基于小波变换的结构地震响应与能量计算分析

多分辨分析可将地震信号分解到不同的频段。本文推导了运用多分辨分析计算多自由度体系地震响应的基本公式,讨论了各频段地震信号及结构响应的能量分配。最后,通过多自由度体系的算例验证了弹性体系在原始地震作用下的动力响应可以由该地震作用在时域的各小波分量的动力响应叠加而得,同时将高频抑制后的重构信号应用于近似模型的计算,并利用能量分析明确了地震信号与结构响应在各频段的能量分配。     

罕遇地震作用下的框架-摇摆刚架结构体系动力可靠度研究

针对钢筋混凝土框架结构的受力特点,采用增设摇摆刚架的抗震设计方法,以提高罕遇地震下建筑结构的安全性。建立了框架一摇摆刚架结构体系的计算模型,结合状态空间法与虚拟激励法,求解结构的平稳随机响应,并根据计算所得随机响应对框架一摇摆刚架体系的动力可靠度进行分析。以西部地区某已建成的6层框架结构为算例,探讨了罕遇地震作用下不同刚度比的摇摆刚架对新结构体系动力可靠度的影响。结果表明,通过增设不同刚度比的摇摆刚架,可以有效协调结构体系的变形模式,充分发挥结构的耗能能力,降低整体结构的条件失效概率。