考虑半覆水圆弧相变场地特征的地下多点地震动模拟方法与程序开发

建立了同时引入土壤介质相变和半覆水圆弧地形因素的场地模型，并给出了地下多点地震动模拟的理论框架，开发了依据本文理论的程序并予以可靠性验证。首先，基于探明的波场分布得到了SV波入射半覆水圆弧相变场地的频域解；其次，获得依据频域解的场地传递函数并求解出地下自功率谱，建立了基于所得到的地下相干函数的地下互功率谱，由此构建出地下功率谱矩阵；最后，实现频域模型向时域信号转化（即多点地震动时程曲线），进而基于上述理论进行可视化程序开发。通过数值算例进一步阐明了本研究的意义，结果表明，（1）地下与地表多点地震动在能量分布上存在显著差异，说明了研究的必要性；（2）生成地震动的拟合功率谱和拟合相干函数与理论值吻合较好，表明了结果的合理性；（3）可视化程序界面简洁，参数输入及调整方便，后处理结果显示清晰，反映出程序的便捷及适用性。     

多水平成层的非均匀介质圆弧形峡谷地下多点地震动模拟

开发了考虑圆弧场地水平多分层效应的地下多点地震动模拟可视化程序,验证其可靠性。首先,描述了给出的圆弧场地多分层效应的SH波动散射频域解,其本质是突破了传统均匀介质和分层不穿越峡谷前提的局限性;其次,利用从水平地表到峡谷表面再到地下土层的传递函数,通过两次传递得到了圆弧峡谷地下的目标功率谱和反应谱;进而,具体描述所导出的圆弧场地平-凹相关性的相干函数及其推导过程;最后,基于上述理论,开发了多层状的非均匀圆弧场地的多点地震动模拟程序,给出了模拟结果与目标功率谱、反应谱和相干函数的拟合对比,验证了该理论和程序的合理性和可靠性,便于所发展理论和方法的实用化和推广。     

多水平成层的非均匀介质圆弧形峡谷地下多点地震动模拟

开发了考虑圆弧场地水平多分层效应的地下多点地震动模拟可视化程序,验证其可靠性。首先,描述了给出的圆弧场地多分层效应的SH波动散射频域解,其本质是突破了传统均匀介质和分层不穿越峡谷前提的局限性;其次,利用从水平地表到峡谷表面再到地下土层的传递函数,通过两次传递得到了圆弧峡谷地下的目标功率谱和反应谱;进而,具体描述所导出的圆弧场地平-凹相关性的相干函数及其推导过程;最后,基于上述理论,开发了多层状的非均匀圆弧场地的多点地震动模拟程序,给出了模拟结果与目标功率谱、反应谱和相干函数的拟合对比,验证了该理论和程序的合理性和可靠性,便于所发展理论和方法的实用化和推广。     

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．     

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。     

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...     

不同类型地震波作用下地下综合体结构地震反应分析

为探究不同类型地震波作用下地下综合体结构的地震反应特征,本文以上海某地下综合体为工程背景,采用ABAQUS软件建立土-地下综合体结构相互作用体系三维有限元模型,利用Davidenkov模型模拟土的非线性,以不同类型的单向地震波和双向地震波（含水平向和竖向）作为输入,对软土场地中地下综合体结构进行了地震反应分析,比较了不同类型地震波作用下地下综合体结构地震反应的差异,探讨了地下综合体结构的竖向地震动效应问题．本文的算例结果表明：在长周期地震波作用下地下综合体结构的位移响应和内力响应峰值均明显大于普通地震波作用下的结果;考虑竖向地震动时地下综合体结构的柱轴力较单一水平向地震动作用情形有明显增大;在本文地下综合体结构算例中,地下三层柱底、四层柱顶、五层柱底、以及底板与侧墙连接处为受力较大部位．     

结构受多点非平稳随机地震激励的响应

对结构所受的地震作用既考虑了地面运动的非平稳性，又计及了行波效应及激励点之间相干性的部分损失，给出了计算结构响应时变功率谱的虚拟激励算法。该法不仅计及了振型间的耦合项及激励间的耦合项，而且简便高效。     

地震动随机场投影展开法

本文发展了随机场投影展开方法,对地震动随机场进行变界近似解析展开。地震动采用自功率谱与具有高斯指数衰减的相关函数模型。本文方法只须求解一次随机场特征值问题,具有简单和展开误差小的特点,非常适应结构多点随机输入分析。     

大跨率桥梁直接考虑拟静力位移影响的随机地震反应分析

对 Duhamel积分引入了改进的脉冲响应函数 ,建立了激励演变谱矩阵与总动力响应演变谱之间的关系 ,并对实际大跨度斜拉桥进行了数值计算。这一成果实现了全面考虑各种地震动时空变化特性下的直接求解结构总动力响应的时域法和频域法计算列式 ,使得地震动多点激励下考虑拟静力位移影响的结构响应计算过程大为简化。     

车辆各轮相干桥面不平顺激励的车桥耦合振动

根据车辆左右轮的互功率谱密度和相干函数,推导了左右轮桥面不平顺特性中对应相位角的相干关系,提出了采用相位角相干生成车辆各轮相干桥面不平顺激励的方法,并通过数值算例验证了该生成方法的可靠性.工程应用结果表明,车辆各轮相干桥面不平顺激励增大了桥梁、车辆竖向和车辆俯仰角的振动响应,但降低了车辆侧倾角的振动响应;不同相干函数模...     

半覆水相变V形峡谷场地P波入射下的空间地震动散射频域理论解、验证及特征

克服介质相变、峡谷分层且局部地形覆水导致的固有边界值难题,首次推导并得到了半覆水相变V形峡谷场地对P波激励下的散射理论解,验证理论解的正确性,探究了相变界面的有无、入射波频率和入射角对地表位移的显著影响,突出并重点强调了覆水因素对结果影响的不可忽视性。分析结果表明,(1)以经典算例为标准,对比验证了本文理论解的正确性,解释并澄清了峡谷局部可预测性的微小偏差的来源。(2)与未覆水部位相比,峡谷覆水部位表面位移显著增大;与峡谷满水状态相比,相变面的存在使位移增大的初始位置向峡谷中间移动;不同的入射波频率和入射角下,地面运动情况存在显著差异,随着入射角的增大,水平方向的位移逐渐增大,竖直方向的位移逐渐减小。本文研究可为覆水V形峡谷的长大结构多点地震动的合理输入提供基础性研究依据,兼有理论意义与应用价值。     

剪切模量是幂函数的成层土的地震随机反应

基于改进的一维剪切梁模型，对剪切模量是其深度的某一幂函数的成层非均质土层，得到其稳态动力响应的封闭型解析表达式。首次证明了这种土层振型函数的正交性，然后利用随机振动理论，并基于基岩输入地震加速度的功率谱密度函数：白噪声谱和过滤白噪声谱。研究了该土层对地震的随机动力响应问题。计算结果表明，1)在基岩输入地震加速度的功率谱为白噪声谱的情况下，土层的最大期望反应均有别于过滤白噪声谱时的相应值；2)平稳输入与输出过高地估计了土层的随机响应。     

大跨度结构受多点随机地震激励的响应

研究了复杂结构的空间部分相干多点激励平稳随机地震响应。该方法同时计入了振型间和激励间的耦合项，是完全的ＣＱＣ算法，可以方便高效且高精度地算出各种响应量的自谱和互谱。     

大跨度结构受多点随机地震激励的响应

研究了复杂结构的空间部分相干多点激励平稳随机地震响应，该方法同时计入了振型间和激励间的耦合项，是完全的ＣＱＣ算法，可以方便高效且高精度地算出各种响应量的自谱和互谱。     

非一致地震激励下大跨度斜拉桥的响应特性

基于平衡随机地震动场理论,研究了地震动空间变化,包括行波效应,相干损失和局部场地条件,对大跨度斜拉桥地震响应特征的影响,采用拟激励方法计算结构的随机响应,计算的响应量包括塔顶位移,塔底弯矩,辅助墩底弯矩等,得到的主要结论是：与一致地震激励相比,地震动空间变化可以使斜拉桥的地震反应改变 达40％,仅考虑行波效应可以得到响应的偏于保守的估计值,局部土场地条件的对斜拉桥的地震反应有重要影响,当各塔,墩处的土质条件差异较大时需进行详细的抗震分析。     

基于胡聿贤谱的带支撑广义Maxwell阻尼隔震结构随机响应分析

工程中通过设置支撑将阻尼器和建筑结构连接, 但常为了简化分析, 将支撑的水平刚度看成无穷大, 即不考虑支撑对耗能结构随机地震响应的影响. 实际上, 考虑有限水平刚度的支撑对耗能结构响应的影响更加符合工程实际, 为考虑支撑影响的广义Maxwell耗能隔震结构在胡聿贤谱地震激励下的响应分析, 提出一种求解随机地震响应的简明解析解法. 将带支撑广义Maxwell阻尼器等效本构关系、隔震结构运动方程以及胡聿贤谱滤波方程联合组成非经典阻尼系统, 运用复模态法对该非经典阻尼系统解耦, 通过不同响应模态获得耗能隔震系统系列响应基于白噪声激励的Duhamel积分表达式; 利用Dirac函数的性质, 将系统系列响应协方差简化为无积分运算的表达式, 根据功率谱密度函数与其协方差函数的Wiener-Khinchin关系, 得到耗能隔震系统系列响应功率谱和地面加速度功率谱, 基于随机振动理论中谱矩的定义, 得到耗能隔震系统系列响应0 ~ 2阶谱矩. 算例通过与虚拟激励法对比分析, 验证所提方法在该耗能隔震系统分析的正确性和高效性, 并讨论了不同支撑刚度对阻尼器减震效果的影响.      

关于虚拟激励法的一个注记

从具有随机频率与随机相位的随机谐和函数出发,证明了当随机频率与相位均为均匀分布而随机幅值与功率谱密度平方根成正比时,该随机过程的功率谱即精确地等于目标功率谱.进而表明:只需遍历频率区间,即可由单一谐和函数激励下的响应幅值给出响应的功率谱密度,从而揭示了虚拟激励法的物理意义.研究还表明:为了给出结构响应的功率谱密度,实际...     

基于能量的平稳地震动功率谱转换关系持时取值研究

功率谱密度函数与反应谱的转换关系广泛应用于随机振动分析和人工地震动合成过程中,地震动持时对转换结果有着重要的影响。依据傅里叶幅值谱精确计算输入能量谱方法,并结合功率谱与幅值谱的关系,建立了与功率谱相对应的输入能量谱。以大量地震动记录统计得到的输入能量谱作为参考,提出了功率谱与设计谱转换过程中持时的确定方法。以Ⅱ类场地为例,选择了多条天然地震动记录和谱匹配时域调整记录进行统计计算,确定了合理的持时取值,通过人工合成记录验证了持时取值的合理性。     

建筑结构基于Clough-Penzien谱的随机地震动响应的简明解析解法

针对建筑结构基于Clough-Penzien(C-P)谱下的结构随机地震动响应既有方法复杂的现状,提出了一种简明解析法.C-P谱是将场地的地震动看作基于白噪声激励的两个关联的滤波方程,较准确地模拟场地的平稳地震动特征.首先,提出将C-P谱滤波方程组与建筑结构的运动方程联立,实现了不易求解的非白噪声激励精确转化为简明的白...