关于结构振型参与系数和振型贡献的分析

采用振型分解反应谱法求解多自由度弹性体系的地震反应时,为了在满足所需计算精度的前提下减少工作量,需要对振型数量进行合理的选择,而振型数的确定主要取决于结构各阶振型对总体反应的贡献。通过数学推导,对振型贡献及振型数量的选择问题进行了研究。首先,讨论了振型参与系数的性质,在此基础上给出了能够反映结构振型贡献参数的数学表达式,对这些参数的力学含义进行了解释,并给出了相关证明;其次,对有效质量法、振型位移控制法等基于不同振型贡献标准的确定振型数的方法进行了分析比较,指出了其合理性和不足。本文研究对进一步理解结构振型贡献和振型数的选择问题具有一定的理论意义。     

基于振型的结构平面规则性界定方法

为研究结构平面规则性的界定方法,首先分析了平面规则结构的振型序列特征并验证了其稳定性。以L型结构为例,通过将规则结构的振型序列特征与L型结构的振型序列特征对比,得到了不同L型结构的平面规则性界定曲线,指出了凸出部分的横向长度与横向总长度之比、凸出部分的纵向长度与纵向总长度之比和结构高度是影响L型结构平面规则与否的重要因素,并建议平面不规则结构位移比限值取1.3。提出了基于振型的结构平面规则性界定方法,即:与平面规则结构的振型序列相比,平面不规则结构的振型序列中不利振型（扭转振型、包含扭转的耦合振型及局部振型等需考虑空间效应的振型）会提前。通过对一实际结构进行计算分析,验证了基于振型的结构平面规则性界定方法的优越性和正确性。     

多自由度主动变刚度控制体系的振型控制

本文利用振型变换技术,将设置了ｍ个控制器的ｂ自由度主动变刚度控制体系降阶为１个自由度的主动变刚度控制体系,进而提出了振型控制律－包括第一振型控制律和主振型控制律,仿真分析结果表明,第一振型控制律可以有效地控制受控结构的相对位移反应,主振型控制律则可以有效地控制受控结构的相对位移反应和层间位移反应。     

修正振型叠加法在动力分析中的应用

本文对动力分析中的振型叠加法进行了研究,指出这个方法在舍弃某些高阶振型的影响时,常常会导致很大的计算误差。为此我们推导了考虑这些高阶振型影响的修正振型叠加法计算公式,并用这些公式计算了许多实例。计算结果表明,本文方法能有效地克服一般振型叠加法的缺点,提高计算的精度。     

高阶振型对建筑结构层间位移的影响1

建筑结构层间位移是抗震设计的研究重点。本文基于广义层间位移谱,分析高阶振型对结构最大层间位移角以及对结构层间位移沿无量纲高度分布的影响,并通过调整结构侧向刚度比,分析高阶振型对结构层间位移变形类型的影响。结果表明:随着结构固有周期的增加,仅取一阶振型进行分析将会显著低估结构的最大层间位移角,高阶振型的影响决不能忽视;从结构层间位移沿无量纲高度分布的角度分析,高阶振型将会显著增加结构中上部位的层间位移需要;高阶振型将增加长周期结构的剪切变形和中上部位的弯曲变形需求,但对中下部位弯曲变形的影响并不明显;针对长周期结构的设计和分析,除计算最大层间位移角外,建议考虑层间位移沿结构高度的分布情况。     

基于振型曲率演化法的RC框架结构地震损伤识别

为快速识别地震导致的框架结构损伤,采用一种新的损伤识别方法,即振型曲率演化法。该方法采用S变换对结构顶部的加速度进行分析,进而得出地震前与地震期间的两个重要时刻,然后通过计算这两个时刻的振型曲率差识别结构薄弱层位置。为验证该方法的合理性和有效性,以6层3跨RC框架结构为例,在不同地震波和不同调幅工况下,分别对比振型曲率演化法与单参数层间位移角、双参数损伤指数两种损伤指标识别的结构薄弱层位置。在此基础上进一步研究了振型曲率差与两种损伤指标之间的相关性,并建立了线性关联模型来识别薄弱层损伤程度。结果表明：振型曲率演化法与两种损伤指标在不同地震工况作用下识别的薄弱层有很好的一致性,说明该方法能够准确识别结构薄弱层位置。振型曲率差与两种损伤指标之间的拟合公式的相关系数均在0.8以上,相关性都很高,通过分析这种相关性,可以利用振型曲率差获得结构薄弱层的损伤程度。     

基本振型对高层建筑等效静力风荷载的影响分析

荷载规范风振系数计算式以背景分量因子和共振分量因子为主要参数,其中背景分量因子采用规范振型进行简化计算。本文比较了规范简化表达式和具体表达式的计算结果,对比了采用不同基本振型计算所得的风振系数和等效静力风荷载。结果表明:规范简化表达式与具体表达式计算结果一致;与某些非规范振型计算结果相比,按规范振型计算会导致风振系数与实际结果差异较大,风致基底剪力的差异也可达5%以上。基于指数振型系列,采用非线性最小二乘法,拟合得到了简化表达式的系数k和a1,用此系数的简化表达式与具体表达式计算结果基本一致。     

结构Pushover分析的侧向力分布及高阶振型影响

Pushover分析方法是逐渐得到广泛应用的一种评估结构抗震性能的简化方法,已被引入我国新的建筑结构抗震设计规范。侧向力分布的选取是结构Pushover分析中的一个关键问题,尤其高阶振型影响显著时其选取直接影响Pushover分析的结果。本文通过拟合规范反应谱,挑选了适用Ⅱ类场地的4条地震动记录和4条人工波,对比了典型地震动下非线性时程分析和采用5种不同侧向力分布的Pushover分析的5层、10层和15层钢筋混凝土结构在不同地震动强度时的反应。通过结构振型参与系数量化了各个结构的高阶振型的影响。研究发现,随着结构层数的增加和地震动强度的增加高阶振型的影响变大,侧向力的选取变得十分重要。本文对在高阶振型影响下钢筋混凝土框架结构的Pushover分析中侧向力的选取提出了建议。     

高阶晃动振型对LNG储罐地震响应的影响

为了研究高阶晃动振型对LNG储罐地震响应的影响,考虑高阶晃动振型,建立LNG储罐的简化力学模型,推导LNG储罐的运动控制方程,给出了LNG储罐的基底剪力、倾覆弯矩和储罐内液体晃动波高的表达式。以某16×10⁴ m³ LNG储罐为例,采用大型通用有限元分析软件ADINA System对其进行有限元模型分析,验证其修正模型的有效性,结果表明:高阶晃动振型对基底剪力和倾覆弯矩几乎无影响,但对晃动波高影响显著,尤其是长周期地震动作用下,并且考虑高阶晃动振型的晃动波高存在延时效应。提出的简化力学模型修正公式与有限元分析结果吻合较好,可以准确地预测LNG储罐地震响应。     

基于振型加权模态柔度的梁桥损伤识别方法

为了采用结构柔度矩阵进行损伤识别,由均匀荷载面曲率差指标推导出一种加权柔度矩阵指标构造方法,权值分别取振型、振型曲率和、振型曲率符号函数构造出三个新的损伤指标。基于结构损伤前后指标的相对变化及节点损伤程度和单元损伤程度的关系,提出了指标的结构损伤程度计算方法。采用一简支梁和一三跨连续梁算例,考虑多种损伤情况,与均匀荷载面曲率差指标进行了对比分析,表明振型曲率符号函数加权损伤指标仅需前几阶模态便能进行损伤检测,具有良好的损伤定位能力,并能准确识别损伤程度。     

主动变刚度阻尼多振型半主动控制研究

探讨了开关型半主动控制算法的研究现状,基于单步状态预测控制律,提出了针对高层建筑多自由度结构体系AVS/D(主动变刚度阻尼)多振型开关控制律。通过算例仿真分析与其它开关控制律作了比较,结果表明这种开关控制律是可行的、有效的。特别是在多自由度结构体系振动过程中有多个振型同时在受控结构的反应中起主要作用时,本文提出的开关控制律比其它振型开关控制律有更好的控制效果。     

考虑高振型影响的结构层间位移能力谱分析方法

工程界普遍采用的能力谱分析方法是建立在结构单自由度简化假设基础上，利用结构基本振型来进行能力分析。虽然此简化假设可以为工程界提供一种简便的分析方法，但从其分析效果来看，简化方法并不能很好地反映结构真实地震反应。高振型对结构局部变形的影响在分析结构动力反应特性中是很重要的因素，不应忽略掉。基于上述对现有能力谱分析方法不足之处的考虑，从提高结构能力谱分析方法的准确性出发，本文在Chopra能力谱分析方法的基础之上，根据我国振型分解反应谱思想，在能力谱分析方法中引入了结构高振型的影响分析，并提出了考虑结构高振型影响的结构层间位移能力谱分析方法的一般步骤。通过平面框架结构体系的算例分析，说明上述推荐方法在改进能力谱分析精度上的有效性。     

对我国抗震规范振型组合办法的建议

本文综合论述了振型组合问题,并根据大量数据和统计分析结果,对规范中平方和开方的公式提出修改建议。     

浅层地震反射资料的多阶振型面波反演

浅层地震反射波法和面波方法是两种相互独立发展的地震勘探方法,在各自的数据采集和处理中,对方都是作为干扰信号而存在. 本文利用浅层地震反射资料中被视为干扰的面波信号,通过成熟的多道面波勘探技术处理浅层地震反射资料,在频率-波数域中提取多阶振型面波的频散曲线,并基于该曲线反演浅地表S波速度结构. 这种方法充分开发利用了已有数据,无需单独的面波数据采集系统,同时为解释浅层地震反射资料提供了额外的信息约束. 结果表明:浅层地震反射资料中可提取出可靠的多阶振型面波频散曲线,并能给出稳定的反演结果,同时,面波反演的多解性可以通过高阶振型反演得以进一步约束;低速层的存在是观测频散曲线出现振型跳跃或呈“之”字形回折的必要条件而非充分条件.      

非经典振型分解法求混凝土房屋及其上钢塔的地震响应

钢结构与混凝土结构阻尼比不同,混凝土房屋与其顶上钢塔组成了非比例阻尼结构系统。本文用非经典振型分解法求解该类结构系统的线弹性地震响应,发现只用前几阶振型响应迭加的结果即可逼近直接积分法的精确度。     

超高层建筑风荷载计算中的振型函数

在我国高层建筑建筑规范中关于风荷载计算中有一振型函数表达式Φ_z=tan(π(Z/H)~(0.7)/4),这一公式在计算风荷载中被广泛采用。作者在对金茂大厦风振位移的观测和研究中,发现该公式与实际观测的结果不符。本研究给出金茂大厦这样的超高层建筑物的实测振型函数表达式:给出与建筑规范不同的风荷载振型函数,供建筑界参考;积累超高层建筑风振振型函数样本,以便在规范中给出符合实际振型函数的表达式,提高风荷载计算精度,设计出既经济又抗强风的超高层建筑。     

基于谱元-简正振型耦合方法的核幔边界D″区地震波波形模拟方法研究

本文拓展了一种模拟地震波在地球核幔边界D″区各向异性介质中传播的数值方法:谱元-简正振型耦合方法(CSEM).该方法通过在球对称各向同性介质空间采用简正振型方法,在各向异性的D″区采用谱元方法,并在两种介质的边界采用"DtN"算子耦合的策略计算一维模型PREM(见文献[1])或修改后的D″区横向各向同性VTI-PREM模型的理论地震图.模拟所得数值解结果与采用简正振型方法得到的解析解结果进行对比以验证方法的精度.在中国科学院地球深部结构重点实验室高性能计算机上使用128个CPU计算得到的结果显示,在10^-5～0.125 Hz的频率范围内谱元简正振型法得到的波形与简正振型方法能很好拟合.此外,对于VTI介质结构模型,谱元简正振型法能够准确模拟S波分裂现象,从而验证了谱元简正振型耦合方法对各向异性介质中地震波传播数值模拟是一种有效的方法.     

地震作用下结构振型组合自校正控制

本文提出了结构振型组合的自校正控制方法,这使文献〔1〕提出的自校正控制方法可以应用于实际工程结构控制中,为结构的抗震控制提供了简便可行的控制律计算方法。     

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...     

具有单个和多个调谐质量阻尼器结构受控振型的频率响应方程

采用频域分析方法考虑了（ＴＭＤ）在结构中的位置和结构振型特征,推导了具有单个调谐质量阻尼器（ＳＴＭＤ）和多个调谐质量阻尼器（ＭＴＭＤ）的多自由度结构受控振型广义坐标的频率响应方程,同时还相应给出了具有ＳＴＭＤ和ＭＴＭＤ的非广义单自由度结构的频率响应方程,通过对比分析得出了重要的结论。