设置连接阻尼器的相邻结构随机地震动响应的简明封闭解

针对两相邻结构间设置连接阻尼器对结构的减震影响问题,研究了基于Kanai-Tajimi谱地震动激励下的Kelvin型粘弹性阻尼器与相邻结构形成的组合体系的随机地震动系列响应(绝对位移及层间位移)的简明封闭解。首先,利用Kelvin型粘弹性阻尼器本构关系及Kanai-Tajimi谱的滤波方程,将组合体系基于复杂地震动激励精确转化为基于简明白噪声激励的运动方程;其次,利用复模态法获得了组合结构相对于地面的绝对位移、层间位移等系列响应方差及0阶~2阶谱矩的统一简明封闭解。最后,通过算例及与虚拟激励法进行对比,证明本文方法的正确性和简明性;通过与未设置阻尼装置结构体系的动力响应对比,说明了阻尼装置对相邻结构具有良好的减震效果,但局部楼层的层间位移及层间剪力会有所增加。     

行波效应下结构非平稳随机地震峰值响应分析

地震运动在本质上是非平稳随机过程。对于一个典型的地震记录,如果地震平稳段持续时间较短,采用非平稳随机过程描述其地震动特性较为合理。目前被最广泛接受的地震非平稳随机振动模型是演变随机激励模型。本文将虚拟激励法和精细积分法相结合,高精度计算了结构在这种随机地震激励下的时变均方根响应,并等效转化为相应的平稳随机过程后进行结构峰值响应计算。不仅考虑了激励的非平稳性,同时高效精确地考虑了结构的动力特性和地震行波效应。能够方便地应用于大型复杂结构,特别是为大跨度桥梁抗震分析提供了高效的计算手段。实际结构算例表明平稳假设会得到偏于保守的结果。当阻尼比较小时,这种差别会更明显。采用非平稳激励模型,显然更为合理;采用本文提出的方法可以很方便地处理这类问题。     

多点激励反应谱法的理论研究

基于虚拟激励原理建立了多点激励反应谱法。该方法所表示的结构地震动反应由三部分组成,即拟静力响应、动力响应及二者的耦合响应,其中拟静力响应是由地面各点输入位移不一致引起的;动力响应主要是由结构在地面加速度作用下引起的;当结构自振周期小于2s时,拟静力响应与动力响应之间的耦合项可以忽略。该方法计算公式形式简洁,物理意义明确,且与我国现行《抗震规范》中的一致激励反应谱建立了定量关系。在推导过程中,未做任何特殊简化,因而该方法在理论上是严密的。     

建筑结构基于巴斯金风速谱的系列风振响应的简明封闭解

针对巴斯金风速谱激励下的建筑结构顺风向振动响应表达式复杂的问题,提出了一种简明封闭解法.巴斯金随机谱广泛应用于描述脉动风、随机地震动和路面不平顺等各种随机激励,本文基于留数定理给出巴斯金风速功率谱的二次正交式.综合运用复模态法和虚拟激励法获得了建筑结构系列响应(位移、层间位移及其变化率)功率谱的统一形式的二次正交式,并根据谱矩的定义获得了建筑结构系列响应的方差和谱矩及绝对加速度方差的简明封闭解.运用本文方法对一8层建筑结构进行分析,并与传统虚拟激励法进行对比研究,表明本文所得封闭解正确,并可用于验证虚拟激励法在谱矩和方差分析时的精度和效率.由于本文方法含有复模态法,故可用于各类线性结构基于巴斯金谱的随机响应分析和基于动力可靠度及舒适度的动力优化分析.     

环境激励下基于小波包分析的结构损伤预警方法

将环境荷载激励技术与小波包分析相结合,提出对环境激励下的结构动力响应计算虚拟脉冲响应函数并在此基础上计算结构的小波包能量谱及其损伤预警指标,用以表征结构动力系统的损伤状态.通过Benchmark试验模型模拟结构的多种损伤状态,采集模型在环境激励下结构损伤前后的动力响应,计算了结构损伤预警的小波包能量谱及其损伤预警指标.试验结果表明,环境激励下基于小波包能量谱的结构损伤预警指标具有良好的损伤预警能力,可以准确地判定结构初期损伤的发生.     

多点非均匀调制演变随机激励下结构地震的响应

针对大跨度结构在非均匀调制演变随机激励作用下,考虑行波效应时的非平衡随机地震响应问题,应用虚拟激励法进行了分析,由于虚拟激励法自动计及了参振振型的互相关项以及激励之间的互相关项,理论上是精确解,时变功率谱的计算采用精细逐步积分格式,使计算效率进一步得到提高。     

基于小波-Galerkin方法的结构随机动力响应功率谱的确定

在最近发展的周期广义谐和小波PGHW(Periodic Generalized Harmonic Wavelet)的基础上,通过小波-Galerkin方法推导得到了线性单自由度结构的随机动力响应功率谱密度。在此过程中,利用PGHW的解析形式及其在频域内的特殊性:(1)推导得出了PGHW的联系系数(Connection Coefficient)的解析形式;(2)基于PGHW及其联系系数,利用小波-Galerkin方法推导得到了线性单自由度系统在确定性激励下的响应;(3)得到了在具有演变功率谱的随机动力激励下单自由度线性振子的随机响应功率谱解答。数值算例表明,无论是确定性响应解答,还是随机动力响应的功率谱密度,小波-Galerkin法的计算结果均能较好地吻合数值解。     

大跨度空间网格结构多点输入反应谱计算方法的研究

根据大跨度空间网格结构的特点,忽略拟静力反应项与动力反应项的耦合项,提出了多点输入反应谱计算的简化方法.该方法所表示的结构地震动反应主要由拟静力响应和动力响应两部分组成,其中拟静力响应是由地面各点输入位移不一致引起的;动力响应部分主要是由结构在地面加速度作用下引起的,它在形式上与传统的一致输入反应谱保持一致,但考虑了多点输入的影响.结果表明,简化方法是可行的,它一方面减少了计算工作量,另一方面又保证了计算精度.     

非平稳地震动的双调制模型研究

地震动是工程结构地震反应研究与抗震设计的基础,要分析工程系统的性能,必须要把地震动作为随机过程来建立可靠的模型。本文通过对非平稳过程演变谱的研究,给出双调制函数,建立了双调制非平稳地震地面运动模型。结合双调制函数和三角级数法生成人工地震波,通过对人工波频率和强度的非平稳性研究验证了双调制模型的有效性。同时本文给出了双调制非平稳地震激励的结构响应虚拟激励算法,得到响应的时变功率谱。分析表明,该模型具有明确的物理意义,且更符合实际,为结构抗震可靠性分析提供了一种较好的地震动模型。     

建筑结构对爆破震动的响应预测

介绍了一种在爆前即能预测建筑结构对爆破震动的响应的方法。通过预测结构地基的震动波形计算结构的抗震设计反应谱 ,用动力分析法计算结构在爆破震动作用下的响应。预测结果为结构所受内力的定量数值 ,并且还可通过不同延期时间下的预测结果比较 ,为爆破设计选取最佳延期时间。实际应用表明 ,预测结构可靠。此方法可用于预测结构在爆破震动作用下的安全性。     

A unified approach to two types of evolutionary random response problems in engineering

Summary Response of structures to earthquake excitations and response of vehicles to road undulations are two typical evolutionary random problems in engineering. Both kinds of the evolutionary random excitations can be regarded as evolved from stationary random excitations, though through two utterly different ways. The former one may be obtained by filtering a stationary random process through a linear time-dependent system, while the latter one may result from nonlinear transformations of the argument of a stationary random process. However, the response problems due to both types of excitations have much in common. By introducing the concept of “evolutionary frequency response”, the expressions of the response evolutionary spectra for both problems can be obtained in a unified, concise way, similar to the input/output PSD relationship in a stationary random problem. For both the evolutionary random problems, the solution procedures are all the same, but the expressions for evolutionary frequency responses are different from each other. Moreover, the evolutionary frequency responses may be interpreted as transient responses of the system subject to certain deterministic evolutionary harmonic excitations. In this sense, an evolutionary random response problem can be reduced to a deterministic response problem. Based on the complex modal analysis, a unified approach to these two response problems is derived here. The method can be applied to any linear time-invariant systems, whether they are symmetrical or not, and whether they are classically damped or not. And the method might be hopefully applied to nonlinear systems, if the statistical linearization technique is accompanied. To the knowledge of the authors, this unified approach to two types of evolutionary random response problems is the first time reported in literature. Received 28 May 1996; accepted for publication 8 January 1997     

受非均匀调制演变随机激励结构响应快速精确计算

本文假定结构受到非均匀调制的演变随机激励，亦即其调制函数是时间与频率二者的函数，导出了有关的虚拟激励算法，并采用精细逐步积分格式，进行时变功率谱计算，获得了很高的计算效率和精度。     

结构非平稳随机响应分析的快速虚拟激励法

虚拟激励法能够方便地应用于结构非平稳随机响应分析,但在每个离散频点处都涉及到虚拟激励作用下动力方程的时程积分,对于大型复杂结构,其计算量是难以接受的。将结构动力方程写成状态方程形式,采用精细积分法对状态方程进行数值求解,导出了结构动力响应关于离散时刻处激励的显式线性表达式。利用这一显式表达式,只需要变换离散时刻处的激励数值,就可以方便快捷地求出新的激励作用下的结构动力响应。效率分析和数值算例表明,相对于传统虚拟激励法,本文提出的改进算法在求解非平稳激励下结构随机振动方面具有更高的计算效率。     

On the response spectrum of Euler–Bernoulli beams with a moving mass and horizontal support excitation

In this study, the response spectrum of a time-varying system such as a beam subjected to moving masses under a harmonic and earthquake support excitations is explored. The excitations are supposed to act on the horizontal directions of the beam axis. The inertial effect of the moving masses on the natural frequencies of the beam for different cases of loading is investigated and a critical value of a so called parameter “mass staying time” is presented to avoid dynamic instability of the system. Finally, some 3D response spectra for different supports excitations as well as the beam natural frequencies are depicted.     

同源演变随机激励下的非平稳响应

在复模态分析与演变谱分析的基础上任意点的三维坐提出了时不变线性系统的在一般演变随机的激励下的时变均方响应的一个简便实用解法。并以简化模型为例，用本方法考察了变速车辆的路面响应问题。     

桁架拱结构在地震动双向多点激励下的反应分析

基于经验相干损失函数和《建筑抗震设计规范》定义的反应谱模拟了空间变化地震动,进行了空间变化水平向和竖向地震动共同激励下桁架拱结构的反应分析。数值分析结果表明,与一致激励引起的结构反应相比,考虑地震动的空间变化增大了桁架拱结构的地震反应,引起地震动空间变化的每一个因素对于结构反应都有重要的影响。传统的基于一致地震动和仅考...     

论同源随机激励及其响应的特点

本文从一般情形出发，为同源随机激励提出一个含义较广的定义。同源随机激励的特点是其功率谱矩阵可表示为一个列阵与其共轭行阵的乘积。在同源激励作用下，常参数线性系统的响应仍保持激励的上述特点，充分利用这一特点可以节约计算工作量。文中还借助模态分析给出了在同源平稳随机激励下响应功率谱矩阵的解析式，以及在同源演变随机激励下非平稳响应的演变谱表示式。     

调液阻尼器对结构扭转耦联振动控制的优化设计

提出了利用调液柱型阻尼器(Tuned Liquid Column Dampers，简称TLCD)和环形调液阻尼器(Circular Tuned Liquid Column Dampers，简称CTLCD)来控制偏心结构在多维地震作用下扭转耦联振动的方法。采用遗传算法，在双向地震作用下，对调液阻尼器的相关参数进行优化。选取了两种目标函数，一种只考虑最大的楼层反应，另一种考虑结构所有自由度的反应。用一个12层的偏心结构作为算例，进行优化计算，结果表明，采用第二种目标函数得到的阻尼器的参数，能有效降低结构的平动反应和扭转反应。