基于约束模态综合法的非比例阻尼系统地震响应分析

为提高大型复杂结构体系的计算效率,在深入分析约束模态综合法原理的基础上,论述了非比例阻尼体系中约束模态综合法对阻尼矩阵的处理方法,并探讨了如何缩减对接界面自由度的问题。同时,通过算例详细说明了该方法在高层建筑结构动力时程分析中的应用。计算结果表明,在利用约束模态综合法求解非比例阻尼体系的动力问题时,文中所采用的阻尼矩阵的处理方法是有效的,与有限元直接法相比具有很好的精度。对于地基土-高层建筑结构体系的地震响应分析问题而言,缩减对接界面自由度的约束模态综合法可达到很好的计算精度,能够更大程度的提高计算效率,为大型复杂结构的动力时程分析研究和工程应用提供了一定的依据和方便。     

土-结构体系的混合约束模态法在ANSYS中实施研究

为了使提出的线性-非线性混合约束模态综合法能在商业软件中得到应用,本文对该方法在ANSYS软件中的运用进行了研究。对ANSYS中的超单元进行了深入分析,将线性-非线性混合约束模态综合法线性部分的处理作为超单元生成的过程,并根据基于势能判据的截断模态准则,运用Matlab自编了程序,求得子结构的截取主模态数,对存在局部非线性的土-高层框架结构相互作用进行了地震反应分析;进而对采用粘弹性人工边界与自由边界状况进行了比较,讨论分析了两种土体边界对线性-非线性混合的约束模态综合法自由度缩减的影响。     

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。     

基于静力子结构的多点输入拟静力位移求解

复杂场地的土层地震反应分析对结构的地震反应计算及抗震安全性评价有重要意义。采用直接有限元法对土层进行三维建模,可使系统的计算力学模型更加符合实际情况。但由此带来的计算量之大,使得传统的计算方法难以胜任。在此背景下,本文利用静力子结构方法推导了在多点输入模式下进行土层地震反应分析时拟静力位移的求解步骤,并通过均匀土层算例验证了行波输入下利用约束子结构模态综合法进行复杂场地地震反应分析的可行性。     

TLD振动台子结构试验的数值仿真分析

本文采用振动台子结构试验数值仿真验证了圆柱形调谐液体阻尼器(CTLD)控制建筑结构地震响应的性能。振动台子结构试验将结构模型作为数值子结构在计算机中计算,将CTLD作为试验子结构进行物理试验。在CTLD和振动台之间安装剪切力检测装置,将测得的剪切力和地震波输入到数值子结构中,采用实时子结构中心差分法进行数值子结构运动方程的求解,计算得到了结构顶层的绝对加速度。再将加速度由振动台实时加载到试验子结构上,实现了结构和CTLD的相互作用。对一个单自由度结构有CTLD控制和无CTLD控制时的加速度响应进行了精确数值求解,结果验证了CTLD能够有效地控制结构在地震作用下的加速度响应。用振动台子结构试验对CTLD与结构耦合系统进行仿真,得到的加速度响应与精确数值求解的结果吻合较好,验证了这种方法能够准确地评估CTLD的减振性能。     

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。     

结构-地基动力相互作用时域数值计算模型研究

完全在时域数值分析范畴内，本文对结构一地基动力相互作用系统运动方程进行了深入推导，给出了统一的基本表达形式，简化可获得目前应用的各类主要时域模型。其中，基于结构一地基交界面的位移协调条件及作用力与反作用力平衡方程，推导了动力相互作用分析子结构法模式的时域基本方程。从结构的一般动力平衡方程出发，推导了相互作用直接法模式的基本平衡方程，并基于有限元模型对两类模式间的等价性条件进行了理论验证。     

基础隔震耗能结构基于Kanai-Tajimi谱的随机响应简明解法研究

针对在Kanai-Tajimi谱激励下设置广义Maxwell阻尼器的多自由度基础隔震耗能结构进行响应分析比较复杂的问题，提出一种求解响应的简明解法。首先，联立广义Maxwell阻尼器本构方程与原结构运动方程，重构结构运动方程；其次，利用复模态法将运动方程解耦获得了系列响应的特征值以及复模态参与系数，进而获得结构系列响应的统一表达式；最后，计算激励功率谱与响应功率谱的二次正交式，获得了结构响应0～2阶谱矩及方差的简明解析解。算例计算了一多自由度结构响应的方差及0～2阶谱矩，将计算结果与虚拟激励法进行比较，证明本文所提方法的正确性，同时具有更高的计算效率。     

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。     

车-桥-墩耦合系统演变随机振动分析

将梁简化为两端简支的欧拉-伯努利梁模型,桥墩简化为底部固结的柱,考虑两自由度车辆移动系统与桥面结构表面接触处不平整产生的随机激励,建立了移动车辆系统-桥-墩的耦合力学分析模型。根据子结构方法和演变随机过程一般理论,并应用模态分析法对车-桥-墩耦合系统进行随机振动分析,推导得到了桥墩位移、桥墩轴力、梁竖向位移协方差函数和均方值响应的理论计算公式。通过数值算例,比较了跨中位移的确定性响应和跨中位移的均方根值响应,讨论了在不同桥墩高度、不同车辆移动速度、不同桥面等级下桥梁跨中竖向位移均方根、桥墩轴力均方根的变化规律。     

基于HHT的非线性结构系统识别研究

本文研究基于HHT的多自由度非线性结构系统识别方法。首先通过EMD分解得到结构的非线性模态(NNM),然后对非线性模态进行H ilbert分析,识别出结构的瞬时特征参数(瞬时振幅、瞬时固有频率等),进而由各参数间关系识别出非线性结构的类型。最后通过一个具有非线性刚度的两自由度剪切型建筑结构的数值模拟验证了该方法的有效性。     

基础平动与转动结构随机地震响应分析的复模态法

本文对基础平动与转动结构随机地震响应问题进行了系统研究。首先建立了结构运动方程，然后针对体系运动方程为非经典阻尼的情况．用复模态法解耦获得了体系位移、速度和加速度随机地震响应的解析解，最后通过一个例子来说明考虑结构一地基相互作用的必要性。本文方法可推广到非平稳地震响应分析。     

基于Rosenbrock的耦合积分方法及其在实时子结构试验中的应用

作为一种集计算机模拟和物理试验于一体的新型混合试验方法,实时子结构试验在过去20年得到迅速发展.该试验方法的关键在于如何保证数值子结构和试验子结构的实时耦联.对于复杂结构来说,更需要高效的数值积分方法以确保每步计算在一个采样步长内完成.鉴于此,本文在Rosenbrock实时积分方法的基础上,提出了一种具有完全并行计算格式的耦合积分方法,并基于单自由度分离质量模型分析了该方法的收敛性;再通过对三自由度分离质量模型的数值模拟,验证了该方法的收敛性;最后,在多自由度试验平台上完成了两自由度结构的实时子结构试验.理论分析、数值模拟及实时子结构试验表明,该方法具有良好的稳定性和2阶精度,与直接积分方法相比更适用于复杂结构的实时子结构试验.     

平行索面悬索桥多阶段有限元模型修正

根据平行索面悬索桥的结构体系特征,可以将其划分为几个相对独立的子结构。充分利用振动测试得到的子结构局部振动信息和结构整体振动信息,可以分阶段进行有限元模型修正,从而提高优化效率。本文以克拉玛依市龙门桥为例,结合该桥设计的有限元模型和环境激励振动试验结果,进行了整桥模型修正和子结构多阶段模型修正。首先通过振动法计算得到边悬索的索力近似替代主缆索力,将其施加在整桥有限元模型中,运用基于动力特性的响应面法完成传统的模型修正,得到修正后的土-结构相互作用的弹簧刚度系数和吊杆索力;其次利用主塔横向模态相对独立的特点,通过对主塔子结构模型的修正得到合理的弹性支承参数;再将其施加在初始的整体有限元模型中,完成该桥的子结构分阶段有限元模型修正;最后比较子结构多阶段模型修正与传统整桥模型修正方法的效果,可以看出相比传统模型修正,所提方法不仅提高了修正精度,而且大幅度提高了优化效率。     

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。     

带TMD的结构基于动力可靠性约束的优化设计

本文在运用复模态法求得多自由度带TMD结构随机地震响应解析解的基础上．采用基于动力可靠性约束的优化设计方法对TMD装置参数的优化取值进行了系统研究,以结构最大位移响应的期望值为目标函数,以TMD装置响应的动力可靠性为约束条件,运用罚函数法获得到TMD装置的优化设计参数．并给出了算例,从而建立了带TMD结构基于动力可靠性约束的抗震优化设计的一整套方法,本文方法也可用于基础隔震结构、带TLD减震结构以及带TMD和TLD抗风结构的优化设计。     

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。     

调谐质量阻尼器的优化分析

本文根据双自由度系统的随机反应，推导了设置调谐质量阻尼器的单自由度系统的运动方程，求出了白噪声基底输入时，设置ＴＭＤ的单自由度系统的反应方差与未设置ＴＭＤ的单自由度系统的反应方差之比，并采用模式搜索法对其进行优化方法，得到了ＴＭＤ系统的最佳减振效果以及相应的ＴＭＤ的参数取值，本文的分析表明，ＴＭＤ系统对减小白噪声基底输入的单自由度系统的随机反应是十分有效的。     

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.     

简谐横荷载作用下Winkler地基上有限长梁1/3次亚谐共振分析

基于Winkler地基模型及Euler - Bernoulli梁理论,建立了Winkler地基上有限长梁的非线性运动方程.运用Galerkin方法对运动方程进行一阶模态截断,得到离散的非线性振动方程,利用多尺度法求得该系统1/3次亚谐共振的一阶近似解.分析了长细比、弹性模量、地基刚度、阻尼、密度等参数对其亚谐共振幅频响...