老山奥运会自行车馆在多维多点输入下的响应分析和可靠度分析

考虑地震动两个水平分量和一个竖向分量,同时考虑了地震动场的空间相关性,用时程分析法对老山奥运会自行车场馆进行了多维多点输入和多维一致输入下的动力响应分析,考查了两种输入方法下结构响应的差异以及视波速对这种差异的影响.另一方面,本文在快速多点输入反应谱法的基础上,对老山奥运会自行车场馆进行了多维多点输入和多维一致输入下的构件层面上的抗震可靠度分析,考查了两种输入方法下危险杆件在结构分布、数量等方面的差异以及危险杆件随视波速的变化关系.得出以下结论:采用地震动的多点输入法,导致整个结构的内力分布更加均匀;两种输入方法下,杆件内力可靠指标明显降低的杆件有相当一部分位于支承附近区域;会产生一定数量的"一致输入下安全而多点输入下危险"的杆件,且它们大多分布于支承区域附近.     

升船机结构抗震可靠度分析中若干问题的探讨

本文基于结构随机振动理论和首次超越破坏机制，以某大型升船机建筑结构为背景，应用三维有限元方法，首先对升船机建筑结构的随机地震反应问题进行了计算。在此基础上，对在不同地震烈度下大型升船机建筑结构的抗震可靠度及界限值的随机性对结构抗震可靠度的影响等问题进行了分析，探讨了基于Poisson过程假定和基于Markov过程假定的可靠度在不同地震烈度下的适用性、以及确定性界限和随机性界限对可靠度结果的影响等问题，得到了一些有应用价值的结果。最后，对在8、9度地震烈度下大型升船机建筑结构抗震可靠度分析模型的选用提出了建议。     

拱坝—地基体系的多点输入虚拟激励法及随机响应分析

本文采用等效地基集总参数模型,推导了拱坝－地基体系多点输入随机分析的虚拟激励法对拱坝－地基动力相互作用体系在多点随机输入地震波作作下的随机的响应进行 分析,讨论了局部场地的散射效应及地震动空间相干性质损失对拱坝随机响应的影响。     

基于动态极限位移的挢梁首超失效机制

本文通过桥梁结构的动态极限位移分析,建立了在变形能力极限状态下,以动态极限位移为判据的桥梁体系首超失效机制。据此,可在滞回面积和失效概率等效的条件下,用库仑线性模型代替非线性恢复力的双线性模型分析桥梁结构变形能力抗震可靠度,从而克服了概率运算上的一些困难,进一步提高了桥梁抗震动力可靠度分析方法的实用性。     

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.     

管线随机有限元的抗震可靠性研究

基于动力分析的摄动有限元法及管线可靠度分析模型 ,建立管线的动态随机有限元方程 ,分析了管线质量随机性和几何特征随机性 ,得出了在Elcentro地震波的激励下 ,管线结构的动力响应及具有非穿透性裂纹的抗震可靠度 ;并与Monte Carlo有限元法进行计算比较 ,表明了方法的正确性和可行性     

三角形格构式塔身杆件风荷载及流动干扰特性

针对输电塔结构精细设计及优化设计对杆件风荷载准确输入的要求,选用完全结构化的多块网格,通过求解N-S方程得到了不同风向角条件下的三角形塔身节段模型流场并利用风洞试验对其体型系数进行验证．与各国规范的对比分析表明,《英国杆塔荷载规范》可用于相关设计工作;分析了不同杆件风荷载随风向角变化的成因,指出了迎风面积变化主导了最上游主材的风荷载特性,而其它两根主材的风荷载同时受到迎风面积变化及上游杆件流动干扰的影响;利用不同高度、不同展向位置的截面流线方法研究了塔身节段模型杆件之间的流动干扰性态,结果表明,如下四种流动干扰行为共同决定了节段模型的杆件风荷载特性：a）相互独立的流动干扰杆件群;b）屏蔽作用;c）两组独立的斜置阵列的流动干扰作用;d）尾迹干扰作用．     

地震作用下钢框架最大弹塑性层间变形的概率统计特性

近年来基于功能的结构抗震设计思想逐渐被世界各国地震工程界所接受，与现行抗震规范相比，它在遵循“投资—效益”准则的基础上，更加注重结构在进入弹塑性状态后的表现，并且采用具体的量化指标(结构最大层间变形)来衡量。由于结构抗震设计中存在着大量不确定性，结构可靠度分析成为结构设计中的一个重要工具。本文以钢框架结构为例，考虑了结构抗震设计中的各种不确定性，包括地震作用、结构构件面积、材料弹性模量、恒荷载和活荷载的随机性，采用概率统计理论中的K—S检验法，对最大弹塑性层间变形的概率统计特性进行了分析。结果表明，在给定烈度的地震作用下钢框架结构的最大弹塑性层间变形，在其均值较小时服从极值I型分布，在均值较大时服从极值Ⅱ型分布。以上结论可为研究钢结构弹塑性变形可靠度的近似分析提供参考。     

抗震结构模糊可靠性分析

本文提出了同时考虑结构抗力的随机性和模糊性的抗震可靠度计算方法。通过算例与非模糊可靠度进行了比较。结果表明,结构抗力的随机性较模糊性对可靠度影响较大,不容忽略。     

高置信水平结构逆可靠度分析与优化方法研究进展

不确定性客观存在于工程结构生产制造以及服役等各环节之中并对结构的承载性能影响显著.特别是对于服役条件苛刻的航空航天承载装备,在设计阶段考虑多源不确定性的影响对于结构安全至关重要.在众多不确定性分析方法中,逆可靠度分析方法在效率和稳健性方面具有一定优势.为此,国内外学者在高置信水平结构逆可靠度分析与优化方法方面开展了大量研究并取得了长足进步,包括自适应迭代控制算法、先进可靠度优化策略与非充分样本下的高置信水平设计方法等.本文首先对国内外逆可靠度分析与优化方法取得的进展进行了系统梳理与总结,特别是逆可靠度分析方法的发展历程以及面临的挑战问题,主要包括强非线性功能函数、多设计点以及低失效概率问题.进一步,针对长期困扰可靠度方法实际应用的小样本问题,重点从结构高置信水平可靠度分析与优化理论角度开展系统介绍,详细论述了小样本诱发的认知不确定性到可靠度置信水平的传播链条.最后,基于现有成果和国家重大前沿需求,重点围绕航天装备可重复使用需求对结构可靠度未来研究方向进行了思考与展望,期望相关研究成果能够进一步助力我国航空航天结构实现高可靠性与极致轻量化设计.     

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。     

Influence of Horizontal Excitations on Dynamic Stability of a Slender Beam Under Vertical Excitation

Experimental studies have been conducted to clarify the influence of horizontal harmonic excitations on the dynamic stability of a slender cantilever beam under vertical harmonic excitation. Three kinds of aluminum test beams with rectangular cross section have been used. The test beam being clamped at one end and free at the other end, was vertically stood, and was harmonically excited to both vertical and horizontal directions simultaneously. The direction of the horizontal excitation was taken parallel to one of the beam side faces, i.e. two directions were considered as X and Y directions which have the largest and smallest flexural rigidity, respectively. By varying the horizontal excitation amplitude, keeping the amplitude of excitation in the vertical direction, the influence of the horizontal excitation has been investigated on the principal instability regions in which unstable vibration of the fundamental vibration mode occurs. The excitation frequency in the vertical excitation was taken around twice the fundamental natural frequency 2f _{Y 1} in smallest rigidity direction, while that in the horizontal direction was taken around both the fundamental natural frequency f _{Y 1} and twice of it 2f _{Y 1}. Obtained experimental results present useful fundamental data for aseismatic design of structures under earthquake containing both vertical and horizontal excitation components.     

非平稳随机激励下随机结构的动力可靠性分析

针对随机结构在非平稳随机激励下的动力可靠性分析问题,提出了基于点估计法的随机结构动力可靠性分析方法.所提方法从随机结构的无条件动力可靠度公式出发,利用求解随机变量函数矩的点估计方法,导出随机结构无条件动力可靠度均值和方差的计算表达式.由于基于随机变量函数矩的点估计法具有较高的效率和精度,因而所提方法具有一定的工程意义.算例验证了该方法的可行性和合理性.     

平稳随机激励下随机桁架结构动力可靠性分析

研究了随机桁架结构在平稳随机激励下的动力可靠度求解方法。同时考虑结构物理参数、几何尺寸的随机性,利用求解随机变量数字特征的代数综合法和矩法,从结构随机响应的频域表达式出发,导出了随机桁架结构在平稳随机激励下的位移、应力及其导数响应均方值的数字特征,再由动力可靠性的Poisson公式导出了结构动力可靠度的计算公式。通过算例分析了各参数的随机性对结构动力可靠度的影响,验证了该方法的可行性和有效性。     

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。     

大跨度结构抗震分析方法及近期进展

对反应谱方法、随机振动方法和时间历程法应用于大跨度结构抗震分析时的特点作了分析和对比。研究表明,地震地面运动的空间变化效应(特别是行波效应)对大跨度结构的响应有相当大的影响。反应谱方法对多点激励地震分析显得相当困难,而随机振动方法则有明显的优越性。对于强震作用下的大跨度结构非线性地震响应,时间历程法在现阶段仍应是主要的分析方法。      

Experimental dynamic analysis of elastic-plastic shear frames with secondary structures

Various experimental models are developed to study the influence of lightweight secondary structures on the dynamic response of elastic and elastic-plastic shear frames. Small-scale two-story model frames, with an elastic single-degree-of-freedom secondary structure attached, are considered for sinusoidal and random in-plane support excitation. Both elastic and elastic-plastic responses are recorded by varying the material properties of the columns of a distinguished floor. Parametric studies are performed by varying the secondary structure's fundamental frequency and damping. Experimental results are compared with those obtained by computational simulations. Experimental and numerical results are in excellent agreement, however they show that the material properties have to be determined very carefully. The statistic response of randomly excited elastic-plastic structures is not much affected by the motion of tuned secondary structures. However, this dynamic behavior is not true for elastic main structures. In this case, an optimally tuned secondary structure decreases the structural response up to 25%.     

全非平稳地震作用下地下空间结构随机反应及可靠度分析

为研究全非平稳地震作用下地下空间结构的随机地震反应特征及可靠度分析方法,本文基于非均匀调制演变随机过程,建立了一种同时考虑强度非平稳和频率非平稳的全非平稳随机地震动输入功率谱分析模型;利用频响函数和脉冲响应函数间的傅里叶变换关系,推导出了适用于地下空间结构随机反应分析的响应功率谱计算表达式,可结合有限元方法对全非平稳地震作用下地下空间结构进行随机反应分析．基于穿越过程为泊松过程假定,采用分部积分方法,进一步推导出了适用于首次超越破坏可靠度计算的互相关函数解析表达式．然后,本文以上海某两层三跨地铁车站为工程背景,建立土-地铁车站结构相互作用体系有限元模型,对全非平稳地震作用下地铁车站结构进行了随机反应分析和中柱可靠度分析．结果表明：在非均匀调制演变功率谱作用下,结构的响应功率谱也具有明显的演变特征;利用文中给出的互相关函数计算公式,可避开调制函数的数值微分,提高计算精度．     

随机激励下的结构尺寸优化设计

将结构优化设计中的位移约束拓展为位移可靠度约束。基于首超破坏准则,采用概率密度演化方法分析了结构在随机激励下的位移可靠度。将遗传算法与概率密度演化方法相结合,对一个具有位移可靠度约束的十杆桁架进行了尺寸优化设计,实现了概率密度演化方法在结构优化设计中的成功运用。这一研究对于随机激励下的结构优化设计提供了新的途径,也为概率密度演化方法在结构优化设计中的运用进行了新的尝试。     

参数和直接激励下非线性压电俘能器性能分析的多尺度法

考虑几何非线性、阻尼非线性和梁的轴向不可伸长条件,利用Hamilton变分原理,建立了参数激励和直接激励下压电俘能器的非线性力电耦合的运动微分方程;利用Galerkin法,将所建立的动力学偏微分方程降阶为力电耦合的Mathieu-Duffing型方程;采用多尺度法获得了梁的位移和输出电压的解析表达式,给出了解的稳定性条件;利用解析表达式研究了单独参数激励以及参数激励和直接激励共同作用下阻尼系数对压电俘能器性能的影响。结果表明,在参数激励情况下,线性阻尼会显著影响超临界分岔点的位置,非线性二次阻尼不会影响超临界分岔点的位置。参数激励和直接激励的结合可以作为提升压电能量俘获器性能的解决方案。