显式分析方法在高层建筑弹塑性地震反应分析中的适用性研究

目前隐式方法是动力弹塑性时程分析最常用的分析方法,然而隐式方法在强非线性分析中常常存在迭代不收敛的问题,并且刚度矩阵求解消耗的存储空间随结构自由度增加呈几何级数增长。因此,在求解高层建筑这种大规模问题中,极易遭遇计算瓶颈。显式分析方法直接求解解耦的方程组,不需要迭代。本文对隐式方法和显式方法进行了对比分析,研究了显式分析方法在高层建筑弹塑性地震反应分析中适用性。实例分析表明,从计算精度来讲,隐式方法和显式方法在稳定条件下都能得到较好的精度。从计算效率来讲,对于自由度较少的结构,隐式方法计算效率较高;对于自由度庞大的结构,显式方法计算效率较高。建议在进行自由度多的高层建筑弹塑性地震反应分析时,采用显式分析方法。     

强震下高层建筑反应模拟方法研究及其平台开发

正随着我国城市化进程的加快,高层建筑抗震成为城市防灾减灾领域的一个研究重点。震害资料表明,在强震作用下,部分高层建筑严重受损或倒塌,直接导致了巨大的人员伤亡和财产损失。为了保证强震作用下高层建筑结构安全,必须加强强震下结构抗震性能的研究,而建立起一个合理有效的强地震作用下高层建筑反应模拟方法是实现这个目标的必由之路。然而目前高层建筑在强震下的模拟方法在很多方面还存在问题,如剪力墙非线性分析模型不     

结构地震响应分析新方法

本文通过对传统动力反应分析方法的总结,阐明了建立隐式和显式方法的一般思路及数学本质,提出了使用系统位移反应向量三阶导数的实用显式高阶积分方法,分析了该显式方法的精度和稳定性,并对建立更高阶隐式和显式方法以及方法的精度和稳定性作了初步讨论。结果表明,本文方法具有明显的优点。     

强震状态下黄土中桩基动力性状分析

传统通过p-y曲线法分析强震状态下黄土中桩基动力性状时未进行桩基结构模拟,获取的强震状态下黄土中桩基动力的相关动力参数不准确。本文提出新的强震状态下黄土中桩基动力性状分析方法,依据HS硬化模型设计HSS本构模型,通过模型获取强震状态下黄土中桩基动力的相关参数,以此为基础采用PLAXIS软件构建黄土中桩基有限元模型;通过两种模型从耦合荷载作用下的桩基桩身水平位移响应、桩身内力响应两方面对强震状态下黄土桩基动力性状展开实验分析。实验结果表明,所提方法可对强震状态下黄土中桩基动力性状进行准确分析。     

结构动力反应分析的三阶显式方法

本通过对传统动力反应分析方法的总结，阐明了建立隐式和显式方法的一般思路及数学本质，提出了使用系统位移反向向量三阶导数的隐工和实用显式积分方法－3阶显式方法，分析了该显式方法的精度和稳定性，并对建立更高阶隐式和显式方法以及方法的精度和稳定性作了初步讨论。最后，通过算例对本方法、献[1]方法和经典的常平均加速度法（隐式方法、视为精确解）的精度和稳定性进行了比较分析。结果表明，本方法具有明显的优点。     

考虑坝体材料非线性的混凝土拱坝地震反应分析

本文基于可信概率水准的破坏性强震作用,针对小湾高拱坝进行了考虑坝体材料非线性的拱坝地震反应分析。在分析模型中,同时考虑了无约束域地震能量辐射效应和近域地基材料非均匀性的影响。为了实现非线性条件下的静、动力组合分析,利用显式有限元结合修正的黏弹性人工边界的开放系统时域静、动力统一分析方法进行了求解,对在自重作用下的初始静力解计算采用了动力松弛技术。     

横观各向同性饱和两相介质动力反应计算分析

针对横观各向同性饱和两相介质的弹性波动方程组,应用基于显式逐步积分计算格式的时域显式有限元方法对其在输入地震波作用下的动力反应进行计算和分析,并将计算结果与完全各向同性饱和两相介质的计算结果进行对比研究。结果显示横观各向同性饱和两相介质与完全各向同性饱和两相介质的动力反应具有较为显著的差异。同时表明时域显式有限元方法是进行横观各向同性饱和两相介质动力反应计算分析的一种有效方法。     

结合边界条件的截断高阶隐式有限差分方法(英文)

有限差分方法广泛应用于求解许多科技领域所涉及的偏微分方程,高阶显式有限差分方法通常用来提高求解精度,已经提出的高阶隐式有限差分方法和截断高阶显式有限差分方法可用来进一步提高模拟精度而不增加计算量。本文首先计算了针对常规网格上的一阶导数和二阶导数、交错网格上的一阶导数的有限差分系数,发现高阶隐式有限差分系数中存在一些小的系数。频散分析结果表明:忽略这些小的差分系数能够近似维持有限差分的精度,但是显著减小了计算量。然后,引入镜像对称边界条件来提高隐式有限差分方法的精度和稳定性,采用混合吸收边界条件来减小来自模型边界所不需要的反射。最后,给出了针对均匀和非均匀介质模型的弹性波模拟例子,表明了本文方法的优点。     

核电厂堆芯燃料组件地震反应分析

核电厂堆芯燃料组件在强震作用下难以避免地将产生摩擦、滑移和相互间的碰撞等非线性反应。关于燃料组件之间以及燃料组件与围板之间的碰境模拟对燃料给件地震反应的影响已有计算分析成果,但量,由于摩擦、滑移引起的燃料组件的非线性动力特性在燃料组件地震反应的现有计算模型中还未得到考虑。本文基于试验测定的燃料组件的非线性动力特性,提出了考虑上述因素的燃料组件地震反应分析方法。     

水深对跨库区桥梁地震响应的影响分析

随着我国西南地区梯级水电站的建设，跨库区桥梁抗震设计和地震安全性评价是桥梁抗震领域面临的重要问题。研究了一套考虑峡谷场地-库水-桥梁相互作用的跨库区桥梁地震响应分析方法，采用分区并行方法分析环境介质(含场地、库水)与桥梁的相互作用，库水、场地和水下结构采用广义饱和介质理论统一框架描述，通过集中质量显式有限元进行分析；水面以上结构采用隐式有限元进行分析；显式和隐式计算区之间通过设置一层显-隐式重叠单元实现分区耦合；无限域通过透射人工边界来模拟。以一跨峡谷连续刚构桥为例，在不同水深情况下，输入2条地震波，研究峡谷地形下水深对桥梁地震响应的影响。研究结果表明，库水总体上对桥梁有减震作用，随水深增加，桥梁整体反应减小，但局部反应有增大现象；随着水深增加，水体对桥墩的约束增加，使得其有效刚度增加，改变桥梁的刚度分布，引起桥梁内力的重分布；水体具有弱化地形效应的作用，随着水深增加，由峡谷地形和墩高差异引起的桥梁反应差异逐渐减小。     

高层建筑在连续振动下的壁板结构失稳定BIM模型设计

为了提高高层建筑壁板结构的抗震性,需设计高层建筑在连续振动下的壁板结构失稳定BIM模型。应用软件:通过Revit塑造高层建筑模型和结构模型,结合SAP2000建模性能塑造高层建筑结构的有限元实体模型,实现高层建筑模型的转换,设计BIM模型的IFOD软件总体结构,实现BIM模型的智能化管理。参数:在BIM模型的基础上,分析了连续振动下高层建筑壁板结构风致响应,给出高层建筑壁板结构的平均风响应、脉动风响应,得出高层建筑壁板结构位移,实现了高层建筑在连续振动下的壁板结构稳定性分析。实验:实验结果说明,所设计BIM模型可对连续振动下的高层建筑加速度时程以及位移时程进行准确分析,且相比传统方法,本文方法对高层建筑在连续振动下的壁板结构是否失稳判断结果比较准确。     

混凝土高层建筑结构地震破坏抗毁能力评估

提出基于构件性能的混凝土高层建筑结构地震破坏抗毁能力评估方法,采用强度与延性法分析混凝土高层建筑构件强度和变形,以对强震作用下混凝土高层建筑结构性能实施准确描述。基于建筑结构性能以及多条地震波情况下高层建筑结构倒塌极限状态的分析规范,采用IDA方法设置建筑结构抗倒塌能力系数,并依据该系数获取基于构件性能的混凝土高层建筑结构地震破坏抗毁能力评估流程,实现建筑结构地震破坏抗毁能力的准确评估。实验结果说明,所提方法实现了混凝土高层建筑结构地震破坏抗毁能力的准确评估。     

Effects of high modes on the wind-induced response of super high-rise buildings

For super high-rise buildings,the vibration period of the basic mode is several seconds,and it is very close to the period of the fluctuating wind.The damping of super high-rise buildings is low,so super high-rise buildings are very sensitive to fluctuating wind.The wind load is one of the key loads in the design of super high-rise buildings.It is known that only the basic mode is needed in the wind-response analysis of tall buildings.However,for super high-rise buildings,especially for the acceleration response,because of the frequency amplification of the high modes,the high modes and the mode coupling may need to be considered.Three typical super high-rise projects with the SMPSS in wind tunnel tests and the random vibration theory method were used to analyze the effect of high modes on the wind-induced response.The conclusions can be drawn as follows.First,for the displacement response,the basic mode is dominant,and the high modes can be neglected.Second,for the acceleration response,the high modes and the mode coupling should be considered.Lastly,the strain energy of modes can only give the vibration energy distribution of the high-rise building,and it cannot describe the local wind-induced vibration of high-rise buildings,especially for the top acceleration response.     

昆明高(超高)层建筑环境振动特性实测与统计分析

对昆明16栋典型钢筋混凝土高层建筑物的振动特征(包括建筑物的固有频率、振型和阻尼比)进行观测与分析,对地震响应数值模拟研究,获取实测高层建筑物第一至第三振型及结构,计算第一至第二振型自振周期结果,采用数学线性回归方法,模拟得到昆明高(超高)层建筑结构实测第一至三振型和计算第一至第二振型周期公式,为类似建筑结构的设计提供经验和依据。     

强震后高层建筑结构变形监测精度提高的研究

为解决强震作用后倾斜高层建筑结构监测存在的精度低、用时长等问题,提出高精度强震作用后倾斜高层建筑结构形变监测方法。通过确定回归平面强震后倾斜高层建筑结构的法线倾斜值、倾斜角与倾斜方向,来确定强震作用后倾斜高层建筑结构形变情况,完成强震作用后倾斜高层建筑结构的形变监测。使用BXJC 1.0软件进行建筑高层建筑形变模拟实验,在建筑高层附近设定四个基准点,基于建筑高层的底部每个立柱中近似等高方位设定16个形变监测结构点,实验发现:所提方法监测误差小精度高,监测误差最大值为0.05%,且监测用时较短,证明此方法进行监测的可行性。     

远场长周期地震下高层建筑的地震损伤模型研究

传统高层建筑地震损伤模型不能反映构件极限滞回耗能随累积幅值的改变情况,无法有效确定组合参数,离散性较大。为此,设计一种远场长周期地震下高层建筑的地震损伤模型。针对不同层次高层建筑结构,依据广义力-广义变形曲线,构建变形损伤模型。结合累积能量比、远场长周期地震瞬时输入能比构建能量损伤模型。从变形与能量两方面综合评价损伤,依据钢筋混凝土结构构建最大反应变形与耗损能量的线性组合地震损伤模型,并对其进行改进。实验选用ILA003、ILA048和TCU115三种长周期地震波,计算不同构件和高层建筑结构整体损伤结果,验证所提模型的可靠性。将所提模型应用于实际高层建筑中,发现其实用性强。     

混沌遗传算法在高层结构风振控制优化中的应用研究

将混沌遗传算法(Chaos Genetic Algorithm,简称CGA)引入高层结构的风振控制优化中,对采用黏弹性阻尼器来控制风振响应的高层结构进行参数优化;用Matlab语言编制了均布法、迭代法、简单遗传算法(Simple Genetic Algorithm,简称SGA)和混沌遗传算法的风振控制优化分析程序;对9个高层结构进行风振控制优化,对比了算法程序的计算效率以及无控、均布、迭代、SGA和CGA工况下的结构风振响应。研究结果表明:混沌遗传算法可以应用于高层结构风振控制优化之中;混沌遗传算法的计算效率比简单遗传算法最高提升了29%;经混沌遗传算法优化后,黏弹性阻尼器附加给结构的附加阻尼比与均布和迭代相比最高分别提高了61%和22%,CGA工况的顶层加速度响应与均布和迭代法相比最高分别减小了14%和12%。为高层结构风振控制优化研究提供了新思路,具有一定的理论价值和实际意义。     

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...     

强震环境下带钢避难建筑抗震模型设计

避难建筑通常采用置换混凝土方法抗震,建筑对高强度地震的抗震性能差。因此提出高强度地震下带钢避难建筑抗震设计方法,采用复杂网络带钢避难建筑加固模型对加固前建筑的混泥土强度与荷载能力进行计算,增大框架柱截面,提升带钢避难建筑荷载。采用复合墙体受力加固模型提升建筑墙体抗震性。对加固后建筑模型的坍塌风险评估时,采用带钢避难建筑坍塌的全概率衡量加固后建筑在设计使用年限内的抗坍塌安全性。设计使用年限内加固后的带钢避难建筑的强震CRC超出概率是P(IMCRC),确保其在高强度地震下具有较高的抗震性能。实验结果说明,所提方法下的带钢避难建筑在遇到强震情况时具有较高的抗震性能。     

Full‐scale dynamic response of an RC building under weak seismic motions using earthquake recordings,ambient vibrations and modelling

In countries with a moderate seismic hazard, the classical methods developed for strong motion prone countries to estimate the seismic behaviour and subsequent vulnerability of existing buildings are often inadequate and not financially realistic. The main goals of this paper are to show how the modal analysis can contribute to the understanding of the seismic building response and the good relevancy of a modal model based on ambient vibrations for estimating the structural deformation under weak earthquakes. We describe the application of an enhanced modal analysis technique (frequency domain decomposition) to process ambient vibration recordings taken at the Grenoble City Hall building (France). The frequencies of ambient vibrations are compared with those of weak earthquakes recorded by the French permanent accelerometric network (RAP) that was installed to monitor the building. The frequency variations of the building under weak earthquakes are shown to be less (∼2%) and therefore ambient vibration frequencies are relevant over the elastic domain of the building. The modal parameters extracted from ambient vibrations are then used to determine the 1D lumped‐mass model in order to reproduce the inter‐storey drift under weak earthquakes and to fix a 3D numerical model that could be used for strong earthquakes. The correlation coefficients between data and synthetic motion are close to 80 and 90% in horizontal directions, for the 1D and 3D modelling, respectively. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.