用虚拟激励法求解非比例阻尼线性体系的非平稳随机地震响应

应用复振型分解方法,将非比例阻尼线性体系在地震作用下的动力方程求解问题转化为若干个广义复振子的求解与叠加问题。通过假定地震地面运动为一零均值的非平稳随机激励,应用虚拟激励法原理,推导得到了广义复振子动力坐标计算的一般公式,进而得到了非比例阻尼线性体系非平稳随机地震响应计算的一般解答。由于可以选择少量共轭复振型的影响进行计算,对于大型复杂非比例阻尼结构,其随机地震响应计算工作量可以大幅度减小。算例证实了这种方法的可靠性及可行性。     

非比例阻尼线性体系平稳随机地震响应计算的虚拟激励法

应用复振型分解方法,将非比例阻尼线性体系在地震作用下的动力方程求解问题转化为若干个广义复振子的求解与叠加问题。通过假定地震地面运动为一零均值的平稳随机激励,应用虚拟激励法原理,推导得到了广义复振子动力坐标的解析计算公式,进而得到了以复振型为基础的非比例阻尼线性体系随机地震响应计算的一般实数解析解答。算例证实了这种方法的可靠性及高效率。     

考虑控制延时影响的相邻建筑结构的离散变结构振动控制方法

研究了基于离散变结构控制算法的考虑控制延时影响的相邻建筑结构体系地震反应半主动控制的基本设计和计算方法。首先,建立了相邻结构体系的力学模型及连续运动状态方程,并将其离散化成标准离散状态方程形式。其次,简要地讨论了离散变结构控制器的设计方法,包括切换平面的选择及离散趋近率的构成．最后,应用本文方法对主楼12层,裙房5层的实例结构进行了数值仿真分析,结果表明,该控制方法不仅能有效抑制相邻结构地震反应的鞭梢效应,而且在控制延时存在的情况下,仍能保证系统的减震性能和稳定性。     

基于虚拟激励法的大跨度桥梁非平稳随机振动分析闭合解

针对大跨度结构考虑地面空间运动的非一致地震响应分析问题,结合虚拟激励法,应用傅里叶分析建立了结构非平稳随机振动响应演变功率谱分析的频域方法。建立的方法完全基于频域执行,给出了响应演变功率谱的闭合解表达式。由于实现了确定性调制过程与随机过程的有效分离,应用离散傅里叶变换进行计算不需要较高的采样分析频率就可以获得较好精度的数值结果。数值算例研究了某斜拉桥的考虑地面运动空间效应非平稳随机地震响应,与通常时频分析方法进行对比,验证了本文频域方法的正确性和有效性。     

半主动TLCD对偏心结构的离散模糊变结构控制

采用在结构水平双向设置TLCD半主动控制装置的方法,对偏心结构在多维地震作用下的离散模糊变结构控制问题进行了研究.首先建立了结构-TLCD扭转耦联控制系统微分方程及其离散化状态空间表达,然后阐述了基于模糊逻辑的变结构控制的基本策略,最后应用该模糊变结构控制策略对一个五层偏心结构的TLCD半主动控制问题进行了仿真分析.仿真分析的结果表明,该方法在对结构的平动反应和扭转反应都能起到较好的减震效果的同时,还具有对结构固有参数不确定性的较强的鲁棒性.     

基于无单元法的平面框架地震反应分析

无单元法在动力计算领域中的应用目前多以梁、板等简单构件的自振特性分析为主,对建筑结构的动力计算,尤其是地震反应分析尚未涉及.文中推导了无单元法的离散动力方程,以轴力杆、欧拉梁模型为基础,将简单构件的无单元动力计算推进到实际结构的地震反应分析,并给出了数值实现的基本流程.最后以一个十一层钢筋混凝土高层结构为算例,实现了多层多跨平面框架的无单元地震反应分析,达到了预期的效果,验证了无单元法应用于平面框架地震反应分析的可行性和有效性.     

火灾(高温)下索网结构计算的连续化方法

对于火灾(高温)下索网结构的响应,通常基于有限元法利用计算机进行数值模拟,而商用程序的"黑箱"效应不利于对高温下索网结构反应本质的理解.对于单索和索网火灾下的反应,采用温度离散的方法,考虑钢绞线在高温下的力学特性,推导了索结构的高温反应计算式.结果表明,该方法与非线性有限元的计算结果吻合较好.     

一种三维饱和土-基础-结构动力相互作用分析方法

地震波入射时土与结构动力相互作用分析是地震工程领域的重要问题.由于问题的复杂性,以往的研究大多考虑地基土为干土情形.而实际工程中,土体中经常充满孔隙水,土层往往是含水层或部分含水层.孔隙水对土层的地震反应影响较大,进而影响支撑于其上的基础和上部结构的响应.因此,有必要考虑饱和土-基础-结构动力相互作用问题.基于此,土体采用Biot模型,利用集中质量显式有限元方法并结合多次透射人工边界进行模拟;结构经有限元离散后,采用Newmark隐式时步积分方法进行分析,可通过ANSYS等有限元软件实现;基础假定为刚性,采用显式时步积分进行求解;土体和结构(及基础)可分别采用不同的时间步距;通过FORTRAN程序实现了三维饱和土-基础-结构系统在地震作用下的整体分析.从饱和多孔介质动力微分方程出发可知,干土是饱和土的特殊情形,通过将流体体积模量及孔隙率置为零,可将饱和土退化到干土,从而将干土统一到饱和土的计算框架中,通过土-结构相互作用算例对此进行了验证,进一步实现了干土与饱和土混合情形时的土-结构动力相互作用分析,使得问题的模拟更贴近实际工程(如考虑地下水位情形).通过算例对比了饱和土地基、干土地基、干土覆盖饱和土地基(考虑地下水位)情形时,土-结构相互作用对基础和结构响应的影响,结果表明地下水位对基础和结构响应的影响较大.     

基于显式有限元方法的两相多孔介质地震反应研究

基于流体饱和两相多孔介质的弹性波动方程组,运用显式逐步积分格式与局部透射人工边界相结合的时域显式有限元方法对该波动方程组进行求解,对两相多孔介质在输入地震波作用下的弹性动力反应进行了计算和分析,以揭示两相多孔介质弹性地震反应的规律和性质.计算结果表明:两相介质弹性地震反应时程的波形与入射地震波的波形相同,且弹性地震反应的峰值出现的时刻对应于入射地震波的峰值出现的时刻.本文的数值计算同时表明了时域显式有限元方法在进行两相多孔介质地震反应计算分析时的有效性.     

采用离散Kirchhoff假定的三角形板单元的稳定性分析

1.满足离散Kirchhoff假定三角形板单元的几何刚度阵用有限元法和特征值问题的数值解相结合来求解板的稳定问题,是解决实际问题的重要和有效的方法.     

Fragility analysis of bridges under ground motion with spatial variation

Seismic ground motion can vary significantly over distances comparable to the length of a majority of highway bridges on multiple supports. This paper presents results of fragility analysis of highway bridges under ground motion with spatial variation. Ground motion time histories are artificially generated with different amplitudes, phases, as well as frequency contents at different support locations. Monte Carlo simulation is performed to study dynamic responses of an example multi-span bridge under these ground motions. The effect of spatial variation on the seismic response is systematically examined and the resulting fragility curves are compared with those under identical support ground motion. This study shows that ductility demands for the bridge columns can be underestimated if the bridge is analyzed using identical support ground motions rather than differential support ground motions. Fragility curves are developed as functions of different measures of ground motion intensity including peak ground acceleration, peak ground velocity, spectral acceleration, spectral velocity and spectral intensity. This study represents a first attempt to develop fragility curves under spatially varying ground motion and provides information useful for improvement of the current seismic design codes so as to account for the effects of spatial variation in the seismic design of long-span bridges.     

On the Application of the Critical Excitation Method to Aseismic Design

ABSTRACT

The problem of critical excitation of linear structures subjected to earthquake support motion is investigated. For a given time duration and peak ground acceleration, the critical time history which maximizes the absolute acceleration response is obtained. Similar considerations are given to the critical ground acceleration which maximizes the relative displacement and velocity responses. Some bounds on the response spectra curves are obtained and discussed.     

基于相位差谱的空间相关非平稳地震动场的模拟

地震动的非平稳特性主要是由其相位差谱决定的,相位差谱与相位导数之间存在线性倍数关系。根据相位导数的显式计算公式,从能量的角度解释了相位导数的均值大致决定了时程峰值的发生时刻,相位导数的方差决定了强震段的持续时间。在相关地震动场模拟方法中,首次将相位差谱的统计模型引入空间相关非平稳地震动场的模拟方法之中,利用快速傅立叶变换技术生成地震动场。表示地震动随机特性的随机相位谱利用相位差谱的统计模型生成,生成的地震动场不仅具有空间相关性,而且在时域、频域内均具有非平稳特性。     

近源地震动峰值加速度衰减关系影响因素分析

本文收集了丰富的强震资料, 以峰值加速度为例, 采用简单且体现近场峰值加速度PGA震级饱和和距离饱和特性的衰减模型, 研究了表征震级与距离饱和效应的R0(M)的性质。R0与震级相关, 同时与震源性质、地震波频谱有关。在单个地震的R0(M)的求取中, 由于R0与系数d几乎呈线性关系, 所以要求单个地震R0的值, 必须先根据理论约束确定d的大小。在检验衰减方程的预测效果时, 不仅要判断衰减曲线是否反映了实测资料的平均变化趋势, 而且要判断实测资料是否绝大多数落在84%及16%概率水平的预测曲线之内(±σ之间).     

场地土对基岩峰值加速度放大效应分析

通过实际土层地震反应结果的统计分析和强震加速度观测结果的对比, 讨论了不同场地条件对基岩峰值加速度的放大效应及其特点。该分析可为地震动参数区划图编制和地震安全性评价中场地效应的估计、由基岩地震动估算场地地面地震动提供参考。     

香港地区地震风险评价和设防区划

香港地区隶属于中国板内地震区中的东南沿海块缘地震带。港-九块体为晚中生代至早第三纪以来以持续稳定上升为主的块体, 块体活动性明显地低于其周边相对下沉的中新生代盆地。为此, 赋予港-九块体为最大可信震级M=5.5级潜在震源区, 而其周边中新生代断陷盆地则为最大可信震级M≥6.0潜在震源。从大陆地震构造成因的环境、潜在震源可信震级范围M=5.0～7.5和近源地震动饱和等三个方面的可比性, 结合中国大陆地震震源破裂尺度和地震烈度影响场, 所建立的反映中国地震构造和震源破裂及地震烈度影响场特点的PGA和反应谱地震动衰减预测关系式可用于香港地区。以50%概率时的中值对中国强震记录的对比, 本研究所提供的经验期望预测关系式, 能包络实际的资料。因此, 用此地震动衰减预测模式对香港地区地震危险性进行评估, 将会得到相对保守地震动预测值。通过香港地区基岩地震动危险性分析和计算, 参照中国大陆地震设防标准, 进行了基岩设计参数确定和区划。以年概率P=0.02、P=0.002、P=0.0004三个概率标准, 对应的地震动重复周期大约分别约为50a, 500a, 2500a的基岩PGA和反应谱, 作为香港地区基岩上构筑物和建筑物可选的基…     

单自由度体系地震动力响应的混沌特性分析

引入非线性动力学理论和混沌时间序列分析方法考察地震动作用下单自由度体系动力响应的混沌特性。输入典型近断层地震动记录,定量计算了代表性周期的单自由度弹性和非弹性体系加速度响应时程的非线性特性参数。计算表明,这些加速度响应的关联维数为分数维,最大Lyapunov指数大于0;地震动激励下单自由度体系的地震动力响应具有混沌特性,不是完全的随机信号,为理解结构地震动力响应的不规则性与复杂性提供了新思路和新视角。     

人造地震动合成中的位移误差分析

三角函数级数法是合成人工地震动常用算法之一,但是通过对加速度积分求取位移时,却存在与零线漂移相类似的位移漂移现象。     

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.     

一种结构动力时程分析的积分求微方法

传统采用微分求积(differential quadrature,DQ)法求解动力问题时都是以位移响应作为基本未知量,而将速度响应和加速度响应表示为位移响应的加权和的形式.如此做法需要处理线性方程组或者矩阵方程(Sylvester方程)才能求得动力响应,导出的算法一般为有条件稳定算法.本文利用动力响应的Duhamel积分解,逆用DQ原理,提出了一种计算卷积的高精度显式算法.该算法可以逐时段地求解出动力时程响应,当各时段内DQ节点分布完全一致时,仅须进行一次Vandermonde矩阵求逆计算即可应用于各个时段,一次性获得时段内多个时刻的位移响应值,因而具有计算效率高的优点.通过分析动力方程积分格式,证明本文动力算法传递矩阵的谱半径恒等于1,因而该算法具有无条件稳定特性,且计算过程中不会产生数值耗散. 本文算法的数值精度取决于分析时段内布置的DQ节点数量$N$,具有$N-1$阶代数精度.实际操作时可以取10个甚至更多的DQ节点数,从而获得比较高的数值精度.