基础埋置深度对土壤——多层结构动力相互作用的影响

本文利用Baranov-Novak关于埋置基础水平与摆动耦合振动的结果及Veletsos与Verbic关于粘弹性地基振动的结果,给出了与埋置基础等效的无埋置基础的动力刚度系数及阻尼系数,并以钢筋混凝土框架结构为例来说明基础埋置深度对土壤——多层结构动力相互作用的影响。计算结果表明,结构体系第一振型的弹性位移及阻尼比并不总是随埋深比的增加而单调变化;在一定的范围内,结构体系基础有埋深时的基频与无埋深时的基频之比与埋深比之间有着近似的线性关系;结构体系的地震位移响应基本上是由第一振型控制的。     

基于虚拟激励法的空间网格结构风致抖振响应分析

基于虚拟激励法理论,推导了空间网格结构的抖振响应计算公式,公式中自动包含了激励之间的非完全相关性、振型之间耦合项的贡献。根据虚拟激励法直接求解出位移均方根的特点,推导了适用于多振型参振的脉动风等效静力荷载及相应的荷载风振系数计算公式。在此基础上,利用Matlab编制了相应的计算程序,并进行了算例验证与分析。算例分析验证了本文理论及程序的正确性,也表明本文方法具有很高的计算效率。本文工作为进一步系统研究大跨网格结构的风振随机响应打下了良好的基础。     

复杂高耸结构风振响应研究

本文提出了基于高频动态测力天平试验的风振响应的频域分析方法,采用该方法可以用来求解复杂高耸结构的三维耦联风振响应,并给出了利用高频动态测力天平试验来确定广义模态力谱的计算方法.该方法利用高频动态测力天平试验得到的基底剪力自谱、基底弯矩自谱以及基底剪力与弯矩的互谱与脉动风荷载的自谱密度的相互关系并通过引入振型修正系数来求得广义模态力谱,求解结构的三维耦联风振响应.然后,采用本文方法对在建的河南省广播电视发射塔的风振响应进行了研究,结果表明横风向的位移和加速度响应的均方根值要大于顺风向,因此在计算中必须考虑横风向风振的影响.最后本文对计算振型数目和模态耦联项对结构风振响应的影响进行了分析.本文的方法对于求解复杂高耸结构的风振响应具有重要的借鉴意义.     

Plane strain consolidation of a multi-layered soil with anisotrpic permeability and compressible constituents

对多层地基的平面应变固结问题进行了研究,并同时考虑了土体的渗透各向异性和孔隙 流体的可压缩性. 从平面应变Biot固结的控制方程出发,对时间t, 坐标z和x进行 Laplace和Fourier变换,建立了地基表面(z=0)和任意深度z处的基本量 在Laplace-Fourier变换域内的传递矩阵关系. 利用传递矩阵 法,结合土层连续条件和边界条件,并应用Laplace-Fourier逆变换技术,推导出渗透各向 异性可压缩多层地基平面应变固结的理论解. 基于该解,编制了计算程序,并进行了 数值计算. 讨论了土体的渗透各向异性、孔隙流体的可压缩性以及地基的分层特性对地基固 结的影响,分析结果表明：土体的渗透各向异性、孔隙流体的可压缩性,以及地基的分层特 性对地基的固结行为有着重要的影响.     

分层地基上矩形刚性基础的基底反力、沉降和倾斜计算

从直角坐标系下三维弹性力学控制方程出发,通过关于x, y的二维Fourier 变换得到关于z的一阶常微分方程组,运用Cayley-Hamilton 定理得到了单层地基的传递矩阵;然后根据边界条件和层间接触条件,并利用传递矩阵法,得到了分层地基在表面受矩形均布荷载时地基表面的位移解;在此基础上对分层地基上矩形刚性基础的基底反力、沉降和倾斜进行了分析和计算.编制了相应的程序,并将数值计算结果进行了比较和分析.结果表明:土的成层性对基底反力没有影响,但对中心沉降和倾斜影响较大;矩形刚性基础受偏心荷载时,靠近荷载作用一侧的基底反力和沉降均较大.     

Ritz-POD法的原理及应用

提出一种在频域内分析大跨度屋盖结构的风振响应的Ritz-POD法。该方法用本征正交分解法(POD法)分解脉动风压场,得到占优的前几阶本征模态作为荷载的空间分布形式;根据此荷载空间分布形式生成Ritz向量,用Ritz向量直接叠加法分析结构风振响应,以解决大跨度屋盖结构多振型参与振动且高阶振型对结构响应贡献可能较大这一问题。运用该方法分析一单层球面网壳的风振响应,并与振型分解法对比,结果表明Ritz-POD法仅用少量的Ritz向量进行结构风振响应分析便可达到较高精度。     

多层地基上轴对称受荷刚性圆板问题

利用刚性圆板表面各点位移相等,并结合刚性圆板与地基表面的位移相容条件与光滑接触条件,经由Hankel变换,推导出了刚性圆板与分层地基表面接触应力的对偶积分方程;求解该对偶积分方程,再由多层地基应力与位移的传递矩阵解,并经Hankel逆变换,得到了多层地基上轴对称受荷刚性圆板问题的解.编制了计算程序,并进行了数值分析与计算.计算结果表明:对均匀地基而言,实际工程的计算分析可只考虑4倍刚性圆板直径以内深度范围内的应力与位移;而地基的分层性对地基的位移和应力有着较大的影响,简单地将均匀地基的结论推广到分层和非均匀地基是不恰当的.     

渗透各向异性可压缩地基固结的平面应变分析

对多层地基的平面应变固结问题进行了研究,并同时考虑了土体的渗透各向异性和孔隙流体的可压缩性.从平而应变Biot固结的控制方程出发,对时间t,坐标z和x进行Laplace和Fourier变换,建立了地基表面(z=O)和任意深度z处的基本量在Laplauce-Fourier变换域内的传递矩阵关系.利用传递矩阵法,结合土层连续条件和边界条件,并应用Laplace-Fourier逆变换技术,推导出渗透各向异性可压缩多层地基平面应变固结的理论解.基于该解,编制了计算程序,并进行了数值计算.讨论了土体的渗透各向异性、孔隙流体的可压缩性以及地基的分层特性对地基同结的影响,分析结果表明:土体的渗透各向异性、孔隙流体的可压缩性,以及地基的分层特性对地基的固结行为有着重要的影响.     

环境激励下结构振动效应预测方法研究

环境激励下结构振动效应的预测对于工程的安全防护至关重要.提出了一个预测潜在环境激励下结构振动效应的理论模型与现场实测相结合的综合预测方法.沿着地震波的传播路径,可将预测方法分为两个阶段,从震源至结构地基,结构地基至结构内部.首先采用修正的Anderson模型预测结构地基振动效应;然后,预测结构对地基振动的响应.根据所需预测的结果分别采用三种方法:传递函数法、振型分解反应谱法与时程分析法.开发了预测模型的Fortran程序.通过现场实验对预测方法进行验证,结果表明:预测结果与实测结果吻合较好.     

基于回传波射矩阵法的空间杆系结构固有特性及结构阻尼影响分析

基于三维杆系结构的回传波射矩阵理论分析了空间框架结构的固有特性.通过获得的确定结构固有频率的矩阵方程,针对一座二层含有完全铰接点和固定铰支座的空间杆系结构,利用频响函数曲线法和求根法两种方法计算了结构的固有频率,并给出了振型结果.与有限元分析软件ANSYS的计算结果比较,表明了本文模型的有效性和计算精度.同时,通过计算阐明了复刚度阻尼对结构共振频率的影响.结果表明,复刚度阻尼能引起结构共振频率的降低.     

基于网络的结构协同弹塑性分析方法的研究

研究了基于网络的结构协同分析方法,包括总刚度矩阵形成、迭代计算方案、程序调控及通讯方案的研究。通过面向对象语言编制基于Internet的结构协同分析软件CSAS。该软件由主机结构计算程序、主机通讯程序、子机控制程序和子机通讯程序四个部分程序组成,通过联网通讯实现程序间实时信息传递。本文以4层框架剪力墙结构与60层框架剪力墙结构进行静力弹塑性分析为例,划分多个子结构,采用CSAS控制多部计算机联网协同计算,并与结构整体分析的结果进行对比,分析结果对比验证了基于网络的结构协同弹塑性分析方法的有效性。     

基于简化模型的超高层结构传感器优化布置

对于自由度较多的超高层结构,传感器优化布置时应考虑多阶模态振型.由于存在空间耦合振动,根据振型质量参与系数难以准确选择出结构弱轴方向的高阶振型.基于等效刚度参数识别法,本文提出了一种将有限元模型沿弱轴方向先简化为等效串联多自由度体系,然后根据简化结构的物理参数来计算弱轴方向振型矩阵的方法,有效地解决了这一问题.以某超高层结构为例,根据计算得到的系统振型矩阵,首先由其转置的列主元QR分解得到传感器的初始布置方案,然后以模态置信度(MAC)矩阵的最大非对角元为目标函数,采用逐步累积算法逐步增加可降低此初始布置MAC非对角元的结构自由度,并考虑经济性因素,最终确定出了传感器的布置方案.     

传递矩阵法分析中心荷载下对称刚性板地基沉降及反力

利用传递矩阵法对横观各向同性地基上受中心荷载的对称刚性板问题进行了分析，文中分析了坚向的弹性模量Ev水平的弹性模量Eh、坚直面上的剪切模量Gv以及Eh和Ev的比值n、Gv和Ev．的比值m、水平向应力引起的正交水平向应变的泊松比vh、竖直向应力引起的水平向应变的泊松比Vch对沉降和基底反力的影响；同时采用成层地基进行分析，将其计算结果与常规方法中采用对弹性模量和泊松比在计算深度内按深度加权平均的计算结果进行比较；可对比看出传递矩阵法更符合地基的实际情况，结果也趋合理。     

连体构架避雷针风振计算的简化方法

为简化构架避雷针风振时域计算从而有效降低计算耗时,以单跨和三跨构架避雷针结构为例,根据构架体系的结构特性和风振特点,提出一种简化计算方法,即对每个塔架单独建模并考虑结构刚度和质量系统的一致性和横梁荷载的等效加载,从而对每个塔架单独进行动力计算,并对这种简化方法的合理性进行了验证．研究发现,构架避雷针的频率较小,风振效应较为显著,但在各方向均以一阶振型为绝对主力;构架避雷针的塔架在平面外的荷载耦联效应极小,平面内也仅表现有位移均值的耦联效应：这两个结构特性也为风振简化计算提供了便利．对每个塔架的简化模型,通过在塔架与原横梁连接处设置弹簧和附加质量来实现对原结构一阶振型的等效,并通过影响线法将横梁分布风荷载等效为塔架的集中荷载．由此简化方法所得的结构风振静动力响应结果均与原始结构有良好一致性,并且计算效率得以显著提升．     

振型归一化对梁结构柔度曲率损伤指标的影响

结构柔度矩阵需由质量矩阵归一化振型获得,而质量矩阵归一化振型难以直接测得,限制了柔度曲率类损伤指标的应用。为分析振型归一化方法对梁结构柔度曲率类损伤指标的影响,根据梁结构的刚度、弯矩和位移曲率的关系,建立了均布荷载作用下结构损伤前后位移曲率与损伤程度的理论表达式,实现定量分析均匀荷载面曲率结构损伤程度。提出P-范数振型归一化方法,通过均匀荷载面曲率指标推导了振型质量矩阵归一化系数差x_α与损伤程度的关系。以三跨连续梁算例对理论进行了验证,结果表明,损伤程度定量指标效果良好,不同P-范数振型归一化方法下,损伤程度的偏差可由2x_α估算;2-范数振型归一化方法的损伤识别结果与质量矩阵振型归一化结果最接近,故当无法获得质量矩阵归一化振型时,可采用2-范数归一化振型代替。     

振型一阶导数的高精度截尾模态展开法

模态展开法是计算振型一阶导数的常用方法,然而,当高阶模态被截断时,它不能给出精确解,甚至会产生很大的截断误差。本文研究被截断的高阶模态对振型导数贡献的定量计算问题,证明了被截断模态的贡献可以用已知的低阶模态和系统矩阵来显式表达,给出了计算方法,并用数值例子说明了本文方法的有效性和正确性。     

A PRECISE INTEGRATION APPROACH FOR THE DYNAMIC-STIFFNESS MATRIX OF STRIP FOOTINGS ON A LAYERED MEDIUM 1）

提出应用精细积分算法计算多层地基的动力刚度问题.精细积分是计算层状介质中波传播的高效而精确的数值方法.利用傅里叶积分变换将层状地基的波动方程转换为频率-波数域内的两点边值问题的常微分方程组,运用精细积分方法求解格林函数,最后再将得到的频率-波数域内地基表面的动力刚度矩阵转换到频率-空间域内,进而得到刚性条带基础频率域的动力柔度或刚度矩阵.所建议的精细积分算法,可以避免一般传递矩阵计算中的指数溢出问题,对各种情况有广泛的适应性,计算稳定,在高频段可以保障收敛性,并能达到较高的计算精度.     

利用线性模型估计的传感器优化布置算法

提出了一种基于线性模型估计的传感器布置算法.首先根据线性模型估计理论,将待监测的目标模态振型视为线性模型的设计矩阵;然后利用奇异值分解的算法,将设计矩阵分解,根据分解的前几个左奇异向量来计算各个自由度对于目标模态振型的贡献;用迭代算法来求出最优的传感器布置方案;最后,用两个算例表明该方法的有效性.     

用传递矩阵法分析16M~3挖掘机1∶5动臂模型的振动特性

在改进传统的传递矩阵法中,Riccati 传递矩阵法具有普遍的意义,国内已开始试用,是一种值得推广的方法.本文应用传统的传递矩阵法和改进后的Riccati 传递矩阵法,对16m~3大型挖掘机的1∶5动臂模型,进行了扭转振动和弯曲振动的分析,得到频率在10~3Hz 以下的11阶振动模态.并与实验结果进行了比较.结果说明,传递矩阵法用得恰当,能以较少的计算工作量得到动臂一类结构振动的主要特性.分柝结果已提交科研任务委托单位.     

用传递矩阵法分析16M~3挖掘机1∶5动臂模型的振动特性

在改进传统的传递矩阵法中,Riccati 传递矩阵法具有普遍的意义,国内已开始试用,是一种值得推广的方法.本文应用传统的传递矩阵法和改进后的Riccati 传递矩阵法,对16m~3大型挖掘机的1∶5动臂模型,进行了扭转振动和弯曲振动的分析,得到频率在10~3Hz 以下的11阶振动模态.并与实验结果进行了比较.结果说明,传递矩阵法用得恰当,能以较少的计算工作量得到动臂一类结构振动的主要特性.分柝结果已提交科研任务委托单位.