不同墩高的矩形单肢薄壁空心墩动力特性的数值模拟

首先介绍研究高低墩特性的目的及意义,并对国内外关于高低墩动静力特性的研究现状进行概述;然后借助有限元软件ABAQUS建立5种不同高度的桥墩模型,并对其分别进行模态分析,提取其自振频率以及振型,分析其自振特点,再沿两个方向分别输入3组不同的地震动,对比分析结构的位移和加速度响应。研究表明:对于同一阶模态,桥墩高度的减小会导致其自振频率呈现增大的趋势;桥墩高度的变化会对较高阶振型产生影响;桥墩高度的减小可以显著减小结构的位移和加速度响应;地震动输入的不同带来的结构的位移响应和加速度响应的差异十分显著。     

典型高层住宅强震和脉动响应对比

高层建筑结构的动力特性是指它的自振频率、振型及阻尼比。高层建筑结构的动力特性测试,目前主要采用脉动测试的方法。长宁地震后,密集的余震为原型结构的强震响应测试提供了基础。文中在邻近震中选取某高层剪力墙结构,首先进行系统的脉动测试,识别了主要的模态参数;然后通过流动观测强震仪获得了多组超过设防水准的地面运动及对应的结构响应,据此提炼的模态参数与脉动识别的结果差异不大,但是信号频谱的形态差异很大。脉动时,结构低阶模态频率占主导,而强震响应时高阶模态或地面输入的卓越频率占主导。所得结果可供抗震设计时参考。     

基于车辆响应的连续梁桥振型识别数值模拟及影响参数分析

采用过桥车辆振动响应识别桥梁自振特性的间接测量法能够避免传统动载试验测量桥梁振型方法所存在的操作复杂和成本较高等缺点。采用数值模拟的方法,根据车桥耦合振动理论和桥梁振型间接测量法基本原理,对实际工程某连续梁桥建立车辆与桥梁耦合振动的有限元模型,采用双轴半车模型模拟测量车辆,提取车辆匀速通过平整桥面时车辆振动加速度时程响应,并采用带通滤波技术与汉宁窗相结合的处理方法提取分离出与桥梁固有频率相关的桥频分量响应,利用桥频分量响应及其希尔伯特变换构造出与每阶固有频率相对应的振型。采用本方法分析了6种车速、4种社会车辆工况对桥梁振型识别效果的影响特点。数值分析结果表明,车速低于10 km/h以下时高阶振型识别误差较大,车速高于60 km/h以上时振型识别普遍较差,最佳识别车速是30～40 km/h;有社会车辆存在时对桥梁振型识别有利,但是对密集模态识别不利。为推进移动传感间接测量方法在桥梁检测工程中的应用提供理论参考。     

基于Hilbert-Huang变换和随机减量技术的模态参数识别

傅里叶分析的信号处理方法对非线性、非平稳信号的处理能力差,传统的模态参数识别方法也存在阻尼比识别精度不高的问题。基于Hilbert-Huang变换和随机减量技术提出了一种新的、实用的模态参数识别方法,首先对结构振动信号进行滤波处理和经验模态分解,得到若干阶本征模态响应,然后利用随机减量技术提取自由衰减响应,进而由Hilbert-Huang变换得到信号的瞬时特性,最后结合模态识别的基本理论识别结构的模态频率和模态阻尼比。为了验证这一方法的有效性,对12层钢筋混凝土框架模型振动台试验一测点的加速度记录进行了处理,识别了模态参数,识别结果与其它识别方法及有限元分析结果的对比表明该方法识别模态频率是可靠的,而模态阻尼比识别的精准性仍然难以确认。     

基于经验模式分解的随机子空间识别方法

提出了基于经验模式分解（EMD）的环境激励结构模态参数随机子空间识别（SSI）方法。该方法用设置间断频率的EMD将结构环境振动响应原始信号分解成若干个基本模式分量（IMF）,使每一个基本模式分量仅为结构的某一阶固有模态,进而用随机子空间方法进行模态参数识别。实桥环境振动实验分析结果表明,该方法能有效地避免结构各阶模态之间的相互影响,能够更清晰方便地得到结构的模态参数。     

基于环境激励的大跨结构动力特性识别

本文以广州国际会展中心一期在环境激励下获得的屋盖5处位置加速度响应时程数据为基础,分别采用随机减量法(RDT)、峰值拾取法(PP)以及频域分解法(FDD)识别结构的前4阶竖向振动模态频率;并采用随机减量法(RDT)获得了前2阶阻尼比。基于有限元分析软件ANSYS,建立结构三维有限元模型,获得了结构前16阶模态频率,并将前4阶整体竖向模态频率与实测结果进行对比。研究表明:(1)RDT法、PP法以及FDD法具有很好的识别结构振动模态频率的功能,且RDT法能有效地识别结构整体阻尼比;(2)有限元数值计算在结构设计初期对识别动力特性上具有较高的精度。     

基于HHT变换瞬时能量谱的长周期结构地震反应分析

基于HHT变换得到瞬时能量谱,并以简谐地震反应为理论基础进行多自由度体系在地震动作用下的瞬态反应计算。通过对一个长周期(十五层)结构工程实例的地震瞬态反应计算分析,揭示长周期结构有别于短周期结构动力响应的独特特性:长周期结构位移响应的瞬时能量峰值的时间滞后于地震动能量峰值的时间,且主要受到瞬态振动的控制,并以低阶振型的控制为主,第一阶振型峰值位移滞后的时间最长,滞后的时间主要取决于结构的第一阶自振周期。研究结果表明,长周期结构在强烈地震动作用下,地震动强度出现的最大时刻并不总是对应于结构破环与倒塌的时间。     

应县木塔环境振动试验

对于复杂的塔状古建筑物,建立一个合适的简化的数学模型是不易实现的。与强迫振动试验相比,环境振动试验比较简单、方便,所确定出的小振幅水平下的木塔结构动力特性具有足够的精度。本文首先结合应县木塔结构环境振动测试实例对环境振动测试方法作了简要介绍,并采用随机信号数据频域分析方法对测试数据进行了分析,确定木塔结构的自振频率。同时,依据不同测点在固有频率处响应的比及零迟时互相关函数确定木塔结构的振型。最后,本文依据自功率谱和互功率谱采用半功率点法计算各振型的阻尼比。本文分析结果表明,在两水平方向上木塔的振动特性存在些微差异,第一振型阻尼比较第二振型阻尼比大。     

高速铁路客站模态特征分析与阻尼模型的注记

针对"房桥合一"高速铁路客站质量、刚度分布严重不均匀、不同阻尼比构件繁多等特点,对其模态特征和用于时程法阻尼模型的确定进行了研究。通过位能加权激励原理和位能公式的阐述、天津西站II区的模态分析与振型分解时程法的应用,并以此为标准进行了5种不同瑞利阻尼比例系数时程法的响应比较。结果表明:位能加权法激励为各模态的振型响应,求得阻尼为振型阻尼,结构模态质量累计数突变发生在第9阶,选择第1,9阶振型确定的瑞利阻尼比例系数较合理。振型分解时程法的振型阻尼可基于振型响应的位能加权法确定,直接时程法的瑞利阻尼宜选择第1阶与模态质量累计数发生突变的振型来确定,可供结构设计与分析参考。     

用应变模态技术诊断梁结构的损伤

重点研究损伤对应变模态影响规律及其灵敏程度.根据计算结果,损伤处附近发生突变,损伤30%时突变区为梁长的12.5%.应变模态对非节点损伤非常敏感,应变模态也有明显改变,尤其是跨中损伤第1阶、四分之一跨损伤第3和第2阶.跨中损伤时,1阶应变模态除突变区外大多数应变几乎呈均匀下降趋势.四分之一跨损伤30%时,3阶应变模态第1峰值区及2阶模态第1、第2峰值区应变振型值下降至58.6%、71.9%及84.2%.所以,可利用应变模态的敏感性确定损伤位置和程度.     

基于神经网络的大型空间网架结构的有限元模型修正

本文提出了依据神经网络方法完成大型空间网架结构节点固结系数的识别，实现空间网架结构有限元模型修正的方法。文中，通过有效独立法优化配置有限数量传感器的安放位置。在此基础上，利用从优化位置处的结构时程响应中获取的结构自振频率和局部位移模态信息，本文建立了基于径向基神经网络的空间网架结构有限元模型修正的计算方法。数值仿真的计算结果表明，该方法能有效地用于空间网架结构的有限元模型修正。     

基于小波包能量特征向量的结构动力响应损伤识别

在结构动力响应监测中如何准确判断结构损伤状况是工程上的一大难题,本文研究通过小波包能量特征向量提取结构损伤信息来识别结构损伤的方法,并进行实验分析,同时分析噪声对能量值的影响。实验发现:小波包能量特征向量具有识别结构状态的能力,并且不受噪声的影响,相反,对观测信号去噪后不利于能量特征向量的提取。     

Time–frequency representation of earthquake accelerograms and inelastic structural response records using the adaptive chirplet decomposition and empirical mode decomposition

In this paper, the adaptive chirplet decomposition combined with the Wigner-Ville transform and the empirical mode decomposition combined with the Hilbert transform are employed to process various non-stationary signals (strong ground motions and structural responses). The efficacy of these two adaptive techniques for capturing the temporal evolution of the frequency content of specific seismic signals is assessed. In this respect, two near-field and two far-field seismic accelerograms are analyzed. Further, a similar analysis is performed for records pertaining to the response of a 20-story steel frame benchmark building excited by one of the four accelerograms scaled by appropriate factors to simulate undamaged and severely damaged conditions for the structure. It is shown that the derived joint time–frequency representations of the response time histories capture quite effectively the influence of non-linearity on the variation of the effective natural frequencies of a structural system during the evolution of a seismic event; in this context, tracing the mean instantaneous frequency of records of critical structural responses is adopted.The study suggests, overall, that the aforementioned techniques are quite viable tools for detecting and monitoring damage to constructed facilities exposed to seismic excitations.     

等厚薄互层时频特征的正演模拟

本文基于波动理论,利用深度域相移法对不同互层数、不同单层厚度的等厚薄互层进行正演模拟.采用广义S变换分析零偏移距地震道反射复合波的瞬时频谱.研究发现当单层厚度大于3/16波长时,等厚薄互层时域特征为中、高频等幅振荡,瞬时频谱为与单层厚度成反比的单一峰值梳状函数;当单层厚度小于3/16波长时,震源子波的有限带宽对瞬时频谱的高频频率峰有压制作用,导致等厚薄互层中部的时域振幅和频域最大幅度均为低值,薄互层的结构特征不易分辨,说明宽高频的震源子波是提高薄互层分辨能力的关键.此外,理论推导和实验分析均证明:当地层厚度大于1/8波长时,其峰值频率与薄互层单层厚度存在定量解析关系,这为等厚薄互层单层厚度定量预测提供了重要的技术手段.     

基于推覆分析的钢框架结构地震倒塌判别准则研究

结构地震倒塌判别准则是工程结构强震分析的关键问题。在层损伤模型的基础上,建立了基于推覆分析的建筑结构整体损伤模型,并以国内某2层2跨平面钢框架结构拟静力试验为背景,应用有限元程序ABAQUS对平面钢框架进行了强震倒塌数值模拟。分析了钢框架结构的倒塌破坏过程,基于建议地震倒塌判别准则研究了钢框架结构的损伤演化规律。结果表明:钢框架结构在强震作用下的损伤发展顺序与塑性发展顺序一致;基于推覆分析的结构整体损伤模型能较好的体现强震作用下钢框架结构的损伤演化规律,且在上下界处收敛;强震作用下,钢框架结构的初始损伤主要由结构的残余侧移引起,而后期损伤主要由结构的承载力和刚度退化引起。     

Numerical study of characteristics of underground blast induced surface ground motion and their effect on above-ground structures. Part II. Effects on structural responses

Studies of structural responses and damage to high-frequency blast motion are very limited. Current practice uses some empirical allowable ground vibration limits in assessing structural performance. These empirical limits overlook the physical parameters that govern structural response and damage, such as the ground motion characteristics and inherent structural properties. This paper studies the response of RC frame structures to numerically simulated underground blast-induced ground motions. The structural response and damage characteristics of frame structures to ground motions of different frequencies are investigated first. The effects of blast ground motion spatial variations and soil–structure interaction on structural responses are also studied. A suitable discrete model that gives accurate response prediction is determined. A damage index defined based on the accumulated plastic hinge rotation is used to predict structural damage level. Numerical results indicated that both the low structural vibration modes (global modes) and the first elemental vibration mode (local) might govern the dynamic structural responses depending on the ground motion frequency and structural response parameters under consideration. Both ground motion spatial variations and soil–structure interaction effects are prominent. Neglecting them might yield inaccurate structural response prediction. The overall structural response and damage are highly ground motion frequency dependent. Numerical results of structural damage are also compared with some test results obtained in a previous study and with code specifications. Discussions on the adequacy of the code allowable ground vibration limits on RC frame structures are also made.     

基于曲率模态和小波变换的结构损伤位置识别

小波变换具有在时域和频域内表征信号局部特性的能力,能够在不同尺度下对结构响应中的突变信号进行放大和识别.在结构曲率模态基础上,本文提出了一种基于小波变换的结构损伤检测和定位方法.利用双正交小波函数对损伤前后结构的曲率模态进行小波变换,用损伤前后小波变换系数残差建立了结构损伤指标,通过小波变换系数残差的分布统计情况判定损伤的存在并确定其位置.应用简支梁数值模拟结果对该方法进行了验证.     

基于动力响应的特高压变压器套管地震实时损伤识别

特高压变压器套管具有较高的地震易损性,为研究其在地震过程中出现结构损伤的识别问题,基于改进的希尔伯特黄变换算法提出一种利用设备加速度响应信号进行实时损伤识别的方法. 采用高通滤波以及集合经验模态分解提取信号的异常高频成分;然后将其作为损伤特征,定义高频能量比用于损伤定位;最后通过数值算例模拟不同损伤工况下结构的地震响应,验证所提损伤识别方法的准确性.研究表明,地震过程中结构突发损伤会使加速度响应信号中产生瞬时高频成分;信号中瞬时高频成分的能量大小与采集点到损伤位置的距离有关,距离越近瞬时高频成分的能量量级越大.所提方法仅需结构的加速度响应作为算法输入即可实现损伤判定和损伤定位,数据需求简单.     

Condition assessment of structures under unknown support excitation

A new method is proposed to assess the condition of structures under unknown support excitation by simultaneously detecting local damage and identifying the support excitation from several structural dynamic responses. The support excitation acting on a structure is modeled by orthogonal polynomial approximations, and the sensitivities of structural dynamic response with respect to its physical parameters and orthogonal coeffi cients are derived. The identifi cation equation is based on Taylor’s fi rst orde...     

动态随机有限元法

本提出分析了不确定性结构随机动力响应的一种新的数据方法－－动态随机有限元法。经的特点是引入反映结构振动特征的动态形函数,中引出了相应的计算列式。算例表明,本方法的计算效率及数值精度均优于一般的随机有了限元法,具有应用前景。