基于首次超越理论的高层隔震结构基础提离易损性分析

针对基础隔震的高层建筑,基于首次超越理论,计算了各个隔震支座在非平稳随机激励下发生基础提离破坏的易损性曲线。隔震结构采用三维有限元建模,隔震支座采用Bouc-Wen模型,经过等效线性化后,应用虚拟激励法求得结构的随机响应。讨论了隔震支座的阻尼比、屈服力以及地震动输入方向对隔震支座易损性曲线的影响。研究发现:增加隔震支座的阻尼比或是增加隔震支座的屈服力都会使得隔震支座发生基础提离的破坏概率增加,地震动的输入方向对隔震支座基础提离易损性曲线影响十分显著。     

层间隔震结构的能量平衡

从能量观点出发,引入设计用能量谱的概念,分析了地震输入能量在层间隔震结构中的分配和耗散。推导出了基于能量平衡的层间隔震结构的隔震层总剪力、最大变形以及基底剪力的地震响应预测式,分析了隔震层刚度、阻尼以及隔震层的设置位置等参数对层间隔震结构减震性能的影响,并阐明了其自身的减震控制机理。研究表明,基于能量平衡的分析方法是一种预测层间隔震结构地震响应和评价其减震性能的有效手段。     

简支梁桥系统诱发周边场地随机振动响应分析

基于平稳随机振动理论和环境振动传播链条的随机性,将车辆简化为两自由度模型,考虑简支梁桥上车辆移动系统与桥面接触处不平顺产生的随机激励,并假设:车辆分布满足均匀分布;桥墩为基底固定的柱;地面为弹性半空间体,推导得到车-简支梁桥系统诱发地表振动响应的功率谱密度函数计算公式.通过参数分析和计算仿真的结果表明:简支梁桥系统对地表作用力的平均功率谱密度函数有三个峰值,车辆力学模型的自振频率决定了左起第一个峰值和第二个峰值的位置,桥梁的竖向刚度决定了平均功率谱密度函数的第三个峰值的位置,且频域分布密度主要集中在0~120Hz;频率为0~21Hz时,弹性半空间垂直加速度响应功率谱的幅值随Rayleigh波波速的增加而减小,频率大于31Hz后其幅值随Rayleigh波波速的增加而增大;通过与实测分析结果对比,可知本文理论分析结果能够大致反映环境振动频谱的分布范围(10~100Hz),一定程度上验证了本文分析方法的正确性.     

城市道路交通诱发建筑结构振动的实测和数值模拟

为了研究城市道路诱发的环境振动问题,首先对某城市道路交通引起的周围建筑结构振动进行现场实测,并对实测数据进行峰值、功率谱、加速度振级分析,然后建立实测建筑结构的有限元模型,最后分析总结出城市道路环境振动对建筑物的影响及其在结构中的传播规律。实测分析表明：各种交通振源诱发的环境振动的频率范围不同,对于一些对环境振动敏感的特殊建筑,在进行结构振动设计时应综合考虑结构所在地环境振动特点和结构自身动力特性,以满足分频限值评价标准的要求,除考虑竖向环境振动外,还需考虑水平向;有限元分析结果能够给出振动在结构内的传播规律,可用于对结构受环境振动影响的定性分析和敏感性分析;实测和数值分析结果表明：不论是加速峰值还是加速度振级,竖向幅值均随楼层的增加而单调增加,但水平向幅值并不随楼层的增加而单调增加。     

城市高架桥车-桥-墩系统竖向振动分析

假设城市高架桥为两端简支的欧拉-伯努利梁模型以及桥墩为底部固结的柱,考虑两自由度车辆移动系统与桥面结构表面接触处不平整产生的随机激励以,建立了多个移动车辆系统-桥-墩的耦合力学模型,并且给出了耦合振动方程详细的求解步骤.数值分析采用Wilson-θ法求解.通过仿真分析,讨论了在不同路面等级、不同车辆移动速度下桥梁跨中位移响应和桥墩轴力的变化规律.最后根据车-桥-墩耦合力学模型和车-桥耦合力学模型,比较了两种分析模型对桥墩底部轴力和桥梁跨中截面位移的影响.分析结果表明桥墩对桥梁跨中截面位移的影响可以忽略不计,但是对桥墩本身所受轴力的影响则非常显著.     

高效双非线性平面梁单元算法研究

基于随转坐标法和场一致性原则发展了一种用于结构几何与材料双非线性分析的平面梁单元算法,并编制了相应的计算机程序。在随转坐标系下计入材料非线性,采用截面纤维积分法处理任意形状的平面梁单元截面并导出截面切线刚度矩阵,并利用虚功原理得到单元切线刚度矩阵,此过程无需迭代,因而使计算效率得到很大提高;几何非线性效应则通过变量在随转坐标系与结构坐标系之间的转换得以体现。用本文方法对肘式框架的几何非线性进行分析,计算结果与试验结果吻合良好;对简支梁进行分析,在只考虑材料非线性而不考虑几何非线性情况下,本文结果和已有文献结果与解析解的误差分别为1.5%和4.2%;在考虑几何与材料双非线性情况下,本文结果和已有文献结果与ANSYS程序解的误差分别为2.9%和5.9%,与已有文献结果相比,本文所得受力后期的荷载-位移曲线更接近实际情况。     

振型叠加法合理振型数目的确定

振型叠加法是常用的动力时程分析方法之一,参与计算的振型数目是影响该方法精度的重要因素。本文揭示了确定振型参与数目的质量参与系数法、振型位移控制法的数学背景及物理含义,分析了两者存在的不足。通过推导振型截断误差估计公式,提出了更合理的确定振型数目范数形式的方法。这种方法基于严密的理论推导,适用于任意动力荷载形式。计算结果表明,振型位移控制法所确定的振型数目过大,质量参与系数法提供的振型数目偏少,而本文方法更有优势。     

基于状态观测器的带分布参数体系地震响应控制

针对带分布参数体系地震响应控制问题,建立带分布参数体系的运动控制方程,推导出应用于带分布参数体系的序列最优模态控制算法。根据序列最优模态控制算法振动控制时对结构全状态反馈的需要,提出了针对序列最优模态控制算法的全维状态观测器,形成基于全维状态观测器的序列最优模态控制算法,然后通过测量容易测量的结构地震响应,由全维状态观...