SDOF体系地震输入能量谱的简化问题研究

从美国加州大学地震动数据库选取40条强震记录并按我国场地类型进行了分类;基于能量平衡原理,采用归一化方法,分析了不同地震动作用和结构自身质量对弹性、弹塑性SDOF体系地震输入能量谱的影响;并根据能量谱特征提出了一种更为简便且可直接用于我国场地类型的三段式能量谱,并给出了相关参数取值。分析结果表明:SDOF体系质量对三段式能量谱曲线的分界周期无明显影响;在场地土类型和结构自身质量相同的情况下,弹性SDOF体系地震输入能量是弹塑性SDOF体系的1.1倍~1.4倍。     

高层钢-混凝土混合结构地震作用下的能量反应分析

针对目前高层建筑混合结构中常用的外钢框架-内混凝土核心筒混合结构,从地震能量输入和结构能量耗散的角度对其进行了地震作用下的能量反应分析.通过选取不同的地震动参数对混合结构的总输入能及其在滞回耗能和阻尼耗能之间的分配情况进行了研究,明确了地震动各参数的变化对混合结构能量反应的影响;通过分析不同地震波作用下混合结构的滞回耗能在外钢框架和内混凝土核心筒间的分布以及在结构层间的分部情况知,底层剪力墙是整个混合结构中滞回耗能比较集中的区域,地震破坏最为严重.通过本文研究知,地震反应的能量分析方法是一种能较好反应混合结构在地震作用下的地震反应全过程及其弹塑性性能的方法.     

建筑结构爆破地震反应弹塑性精细时程分析

针对爆破地震作用下建筑结构的安全评估问题,提出利用时程分析方法全面评估爆破地震波的安全度;建立了基于精细积分算法的结构弹塑性动力分析架构模式,编制了建筑结构爆破地震反应弹塑性精细时程分析程序;通过算例验证了该算法的准确性与高效性,弹性时程分析与不同恢复力模型弹塑性时程分析的结果曲线具有类似特征和数值差异;建议选择合理的恢复力模型,使用弹塑性时程分析方法模拟爆破地震作用下结构的动力响应,全面评估爆破地震波的安全性。     

巨震作用下摩擦阻尼耗能框架结构抗倒塌分析

采用SAP2000有限元分析软件对摩擦阻尼耗能减震框架结构进行了巨震作用下的弹塑性时程分析及结构抗倒塌易损性分析.根据减震框架结构弹塑性层间最大位移角及摩擦阻尼滞回耗能,基于动力增量分析进行结构易损性研究,评价该减震结构和传统抗震框架结构在巨震作用下的抗倒塌能力和抗倒塌安全储备等.结果表明:摩擦阻尼耗能框架结构的层间位...     

爆破地震波三要素对多层砌体结构弹塑性地震响应的影响

利用Matlab编写了一套Newmark时程分析法与刚度退化二线型恢复力模型相结合求解多层砌体结构体系弹塑性地震响应的程序.以一个具体的4层砌体结构为分析对象,输入荷载用实测及人工模拟爆破地震波作用的形式,并按某原则变换输入爆破地震波的特性参数,根据所求出的结构各弹塑性地震响应幅值结果,分别讨论了爆破地震波幅值、主频和...     

含立方刚度和滞回的隔振系统动力学特性分析 1)

包含立方刚度和Bouc-Wen 型滞回的隔振系统具有复杂的非线性动力学特性。系统无阻尼响应模型可基于无滞回恢复力建立,利用谐波平衡法和泰勒展开求得近似解析解。系统有阻尼响应模型可利用解析/数值联合方法求解,该方法基于谐波平衡法和Levenberg-Marquardt 迭代算法,对于滞回产生的多值非光滑函数项,先计算时域响应再通过快速傅里叶变换求解谐波项系数。上述方法在含水平绞制梁的非线性隔振系统分析中得到有效应用。分析表明,在Bouc-Wen 型滞回和立方刚度的综合影响下,隔振系统呈现渐软–渐硬特性,滞回阻尼和线性阻尼都可以有效抑制共振,但前者高频隔振效果优于后者。     

含立方刚度和滞回的隔振系统动力学特性分析

包含立方刚度和Bouc–Wen型滞回的隔振系统具有复杂的非线性动力学特性。系统无阻尼响应模型可基于无滞回恢复力建立,利用谐波平衡法和泰勒展开求得近似解析解。系统有阻尼响应模型可利用解析/数值联合方法求解,该方法基于谐波平衡法和Levenberg–Marquardt迭代算法,对于滞回产生的多值非光滑函数项,先计算时域响应再通过快速傅里叶变换求解谐波项系数。上述方法在含水平绞制梁的非线性隔振系统分析中得到有效应用。分析表明,在Bouc–Wen型滞回和立方刚度的综合影响下,隔振系统呈现渐软-渐硬特性,滞回阻尼和线性阻尼都可以有效抑制共振,但前者高频隔振效果优于后者。     

弹塑性随机振动系统中恢复力数学模型的若干形式

本文基于弹塑性随机振动系统恢复力数学模型的统一形式，提出了能考虑刚度下降段和系统在滞变过程中强度退化的四种恢复力数学模型，为适应系统在多次强随机干扰下的反应分析需要，根据试验结果，提出了经受过强随机干扰的有损伤系统的恢复力模型，并建立了相应的数学表达式，最后针对钢筋砼框架结构在主余震作用下的弹塑性地震反应分析给出了具体算例。     

基于弹塑性模型的群桩-土-结构动力非线性数值分析

提出一种群桩-土弹塑性模型,结合动力文克尔理论,推导出了与桩(筏)-土属性及SSI体系频率相关的各项弹簧-阻尼单元动力阻抗,建立了三维框架土-结构相互作用有限元简化分析模型。针对不同地震激励,在不同桩-土条件下对模型进行了动力非线性时程分析,结果表明,在某些地震动和土-基础条件下,上部结构非线性作用效应结果可能大于固基假定情形,且桩-土弹塑性模型对上部结构柔弱层位置产生影响。应用本文简化方法可以快速、较准确有效地进行复杂的上下部结构动力时程分析及抗震评估。     

两向地震波的输入方向对平—扭耦联系统动力反应的影响

本文按有限输入方向计算并采用线性予测的方法讨论了两向地震对平-扭耦联系统动力反应的影响.通过实例计算说明:弹塑性结构受地震波输入方向的影响显著大于相应弹性结构.对弹塑性结构而言,在本质上不存在确定不变的最不利地震波输入方向.     

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.     

四肢钢管混凝土格构柱地震损伤模型及试验研究

为了评价巨型组合结构体系中钢管混凝土格构柱的地震损伤情况,对4根四肢钢管混凝土格构柱进行了拟静力试验,得出了四肢钢管混凝土格构柱在水平低周反复荷载作用下的水平荷载-位移滞回曲线、破坏特征和构件损伤情况。在试验所获得滞回曲线的基础上,通过对能量系数和耗能因子的修正,在传统双参数地震损伤模型基础上建立了适用于巨型组合结构体系中钢管混凝土格构柱的考虑无效耗能的双参数地震损伤模型,与试验结果相吻合。结果表明,修正后的模型能够较为准确地反映四肢钢管混凝土格构柱各位移阶段的损伤系数,为巨型组合结构体系中钢管混凝土四肢格构柱及其结构的地震损伤分析提供参考依据。     

地震动速度脉冲对高温气冷堆核电厂地震反应的影响

为探讨近断层地震动的速度脉冲对结构抗震能力的影响特征,以某高温气冷堆核电厂结构为研究对象,利用有限元软件建立线性三维模型,选择4组具有速度脉冲特性的近断层地震动加速度记录及人工模拟的具有相同加速度反应谱而无速度脉冲的地震动时程分别作为地震动输入,对模型进行动力时程分析,对比在有、无速度脉冲地震动作用下模型的地震反应。研究发现,虽然反应过程中结构仍处于弹性阶段但是地震动的速度脉冲对结构的位移反应具有一定的不利影响,这一点与已有的基本认识不同。因此对于需要安装对位移反应较为敏感设备的高温气冷堆核电厂房,应充分关注地震动速度脉冲对结构反应的影响。     

一种利用复阻尼理论计算结构自由振动响应的数值方法

复阻尼理论的运动方程通解中包含有发散项,导致结构自由振动响应不能稳定收敛。在复阻尼理论的频域微分方程基础上,修正阻尼项,进而得到滞变阻尼理论表达式,可保证结构自由振动时程计算结果的稳定性。针对滞变阻尼理论的特点,本文依据正弦函数的希尔伯特变换,提出了相应的时程计算方法,可有效计算滞变阻尼理论下结构的自由振动响应。算例分析表明:基于滞变阻尼理论的结构自由振动响应是稳定收敛的,且与黏性阻尼理论计算结果近似相等;相比基于滞变阻尼理论的直接积分法,本文方法具有计算过程简单和计算量小的优点。     

考虑双向地震动作用的非对称结构多维Pushover分析

目前的Pushover分析多集中于平面单向分析,考虑到非对称结构反应的多维性,在单向地震动作用振型Pushover分析研究基础上,提出了考虑双向地震动作用的结构多维Pushover分析程序。采用弹性振型分解的思路,将非线性结构反应近似为结构多振型弹塑性反应的叠加,进而将结构按振型等效为多个等效方程,将每一等效方程转化为以双向实际地震记录的组合为地震输入的等效单自由度体系。在此基础上给出了考虑双向地震作用的非对称结构多维Pushover分析程序,并阐述了该方法与传统Pushover分析方法的区别,最后通过算例将该方法结果与非线性时程分析结果进行比较,证明了该方法具有一定的准确性。     

多体系统碰撞动力学中接触力模型的研究进展

接触碰撞行为作为大自然与多体系统中的常见现象,其接触力模型对于多体系统的碰撞行为机理研究与性能预测至关重要.静态弹塑性接触模型与考虑能量耗散的连续接触力模型是研究接触碰撞行为的两类不同方法,在多体系统碰撞动力学中存在诸多共性与差异.本文分别从上述两类接触模型的发展历程入手,详细介绍了两类模型的区别与联系.首先,根据阻尼项分母中是否含有初始碰撞速度将连续接触力模型分为黏性接触力模型与迟滞接触力模型,讨论了能量指数与Hertz接触刚度之间的关系,阐述了现有连续接触力模型在计算弹塑性材料接触碰撞行为时存在的问题.其次,着重介绍了分段连续的准静态弹塑性接触力模型(可连续从完全弹性转换到完全塑性接触阶段),分析了利用此类弹塑性接触力模型计算碰撞行为的技术特点.同时,以恢复系数为桥梁和借助线性化的弹塑性接触刚度,避免了Hertz刚度对弹塑性接触刚度的计算误差,根据碰撞前后多体系统的能量与动能守恒推导了弹塑性接触模型等效的迟滞阻尼因子.探索了连续接触力模型与准静态弹塑性接触力模型之间的内在联系,数值计算结果定量说明了人为阻尼项代表的能量耗散与弹塑性接触力模型中加卸载路径代表的能量耗散具有等效性.另外...     

L形柱在反复荷载作用下的非线性分析

在平截面假定的前提下,将钢筋混凝土L形柱划分为两端弹塑性区、中间为弹性区的三分段杆单元模型。将应用于平面剪力墙的多垂直杆单元模型拓展为空间的多垂直杆单元模型,推导了拓展的多垂直杆单元模型单元刚度矩阵,经静力凝聚为三分段杆单元模型刚度矩阵,该单元模型可用于各种截面形式的钢筋混凝土异形柱、剪力墙墙肢和梁的非线性分析,计算工作量较小。讨论了目前垂直杆的轴向拉压滞回模型,提出了轴向拉压滞回曲线考虑骨架曲线下降段的简化处理方法。最后提供了算例,结果表明本文方法计算的滞回轴线与在反复加载下L形柱的试验结果吻合较好。     

附设黏滞阻尼器的装配式悬臂挡土墙动力响应研究

为提高装配式悬臂挡土墙抗震性能,将黏滞阻尼器附设在装配式悬臂挡土墙上,形成一种新型装配式悬臂阻尼挡土墙,通过黏滞阻尼器耗散地震能量达到减震目的。为研究该新型挡土墙的动力响应,采用ABAQUS软件,建立了两组三维有限元对比模型,一组为无滑体的阻尼悬臂挡土墙及对比模型,另一组为包含滑坡体的新型阻尼挡土墙及对比模型。对模型施以Vrancea地震波,研究了附设黏滞阻尼器的装配悬臂挡土墙抗震性能,并进行参数分析,讨论了混凝土强度、装配尺寸、阻尼器关键参数对其力学性能的影响。结果表明:附设黏滞阻尼器的装配悬臂挡土墙相较于对比模型,立板最大荷载减小约50%,最大应力减小约60%,立板最大水平位移由6.69mm减小至1.24mm,抗震性能显著提高;随着立板厚度、阻尼系数的增大,附设黏滞阻尼器的装配悬臂式挡土墙抗震性能有所提高,而混凝土强度、阻尼指数需要合理选择。     

抗震加固用消能减震结构的弹塑性时程分析研究

对用于抗震加固的消能减震结构进行了弹塑性时程分析研究,主要解决以下几个问题:确定结构的振动模型;质量矩阵和阻尼矩阵的处理;确定结构或构件在反复荷载下的力-位移关系,或恢复力特性;附加阻尼矩阵及附加刚度矩阵;阻尼器的优化布置等.提出了简化优化设计法,针对加固工程,确定控制函数.最后给出了四层混凝土框架加固工程实例分析.     

加权最小二乘法求解Rayleigh阻尼系数的讨论

合理确定Rayleigh阻尼矩阵比例系数对于准确计算场地地震响应有重要影响。本文提出以H2iH′2iA2i为权重系数,采用加权最小二乘法求解Rayleigh阻尼矩阵比例系数,以提高土层地震反应时程分析的计算精度。以上海某处地质剖面建立深覆盖土层有限元模型,计算其在28条各具代表性的基岩场地地震波激励下的动力反应,与其他研究成果对比分析,验证本文方法的精度及适用性。