非平稳地震激励下惯容耗能结构动力响应解析法

针对惯容减震系统在非平稳地震激励下动力响应研究不足的问题,提出设有混联Ⅰ型惯容减震系统的多自由度耗能结构动力响应时变方差的解析解法。根据惯容减震系统的本构关系、结构的动力方程及非平稳地震激励,综合利用复模态法和虚拟激励法,将惯容耗能结构解耦为一阶系统,以便获得结构位移、速度、层间剪力等响应量的统一解。采用二次式分解法将统一解的时变功率谱密度函数转化为惯容耗能结构复模态特征值、模态系数、时变模态强度系数和含有圆频率平方项的二次式乘积的线性组合。在此基础上,利用非平稳模态谱矩在无限积分区间有解析解的特征,推导出非平稳地震激励下耗能结构响应时变方差的解析解。通过采用突加型白噪声激励对结构动力响应进行分析,验证了所提动力响应功率谱和时变方差的正确性。同时,基于突加型Kanai-Tajimi模型的框架结构动力响应研究,分析了惯容系统参数对减震效果的影响。所提方法可适用于线性结构在其他非平稳调制函数的地震动下的响应分析。

不同地震激励方向下隔震曲线梁桥易损性分析

为进一步评估隔震曲线梁桥在地震激励下的抗震性能,从地震易损性角度出发并兼顾考虑地震激励方向对其易损性的影响。利用APDL建立采用板式橡胶支座的隔震曲线梁桥有限元模型,从PEER中选取同一地震事件中的近断层地震动,按规范规定比例输入水平双向地震动进行非线性动力时程分析,结合地震响应与损伤指标计算得到各构件地震易损性曲线;考虑地震激励方向的变化,通过MATLAB编程绘制得到桥梁结构构件(桥墩与支座)以及整体系统的地震易损性曲面,分析探讨地震激励方向对隔震曲线梁桥易损性的影响。结果表明:不同极限状态下各桥墩切向损伤条件概率明显大于其径向,各支座的切向与径向易损性相差不大,但仍是各支座的切向易损性略大于径向易损性;桥梁各构件(桥墩与支座)切向易损性对地震激励方向均表现出很强依赖性,而径向易损性对其的依赖性相对较弱,且伴随损伤等级的提高,构件易损性对地震激励方向更加敏感;桥梁整体系统易损性对地震激励方向的变化不太敏感,且因各构件响应之间的相关性较高,其系统易损性更接近于易损性最大的构件——易损性下限;当进行隔震曲线梁桥抗震性能评估时,应考虑不同地震激励方向对其地震易损性的影响,从而使得易损性分析结果更加合理,能够更加真实地反映隔震曲线梁桥的实际损伤状态。

湍流风场与地震激励联合作用下的风力机结构动力学响应

湍流风场与地震激励是影响风力机安全最主要的客观因素。为分析风力机在湍流风场及地震激励工况下结构动力学响应,以NREL实测数据为湍流风场数据源,结合相干湍流及地震激励,分别研究了多组工况下风轮、塔架和地基的动力学响应。结果表明：湍流风场对叶片载荷、叶尖位移和塔尖载荷影响较大,而地震激励影响可忽略不计;地震激励对地基载荷、地基位移和塔尖位移影响较大,而湍流风场影响可忽略不计;湍流风场与地震激励对塔基载荷均有一定影响,但后者影响更大,二者对风轮推力和功率影响均较大,且处于相同量级;相干湍流与地震激励对塔基载荷和塔尖位移影响相当,可达稳态风的2倍~15倍。

多维地震激励下工程结构隔减震技术研究进展

地震地面运动是一种复杂的多维激励,结构在单维与多维地震作用下的反应是不同的,特别是对一些复杂或重要的工程结构,只考虑单分量的地震作用是不够的,结构多维抗震是一个非常重要的研究课题。文章系统介绍多维地震激励下结构响应分析方法,比较反应谱法、时程分析法和随机振动法的优缺点;综合国内外研究成果,对结构多维隔减震装置进行详细的描述;对多维隔减震结构的试验研究和工程应用也作了相关介绍。最后,提出结构多维隔减震需要进一步研究的问题。

非一致地震激励下大跨度桥梁随机振动时域显式法

对于大跨度桥梁结构,地震激励的空间效应不应忽略。考虑到随机地震激励的非平稳特性,为提高计算效率,有必要在时域内直接开展非一致地震激励下大跨度桥梁的随机振动分析。基于相对运动法,推导非一致地震激励下结构动力响应的时域显式表达式,提出可考虑非一致地震激励的时域显式直接法,可快速获取结构响应的统计矩;同时提出高效的时域显式随机模拟法,可进一步获取非一致地震激励下结构响应的平均峰值等更全面的统计信息,并可有效实现结构的动力可靠度分析。以某主跨1200m悬索桥为工程实例,开展顺桥向非一致地震激励下的随机振动分析,分别研究地震激励的行波效应、失相干效应和局部场地效应对桥梁关键响应标准差、平均峰值和结构抗震动力可靠度的影响。研究结果表明,对于该桥主梁跨中和主塔塔顶顺桥向位移,非一致地震激励下的响应标准差和平均峰值均小于一致地震激励下的结果;而对于该桥主塔塔底内力,非一致地震激励下的响应标准差和平均峰值有可能大于一致地震激励下的结果,其中弯矩和剪力的平均峰值增幅分别可达21.6%和19.5%;此外,地震激励的空间效应对该桥的体系失效概率也有较大影响。

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。

不平衡线性转子-轴承系统的非平稳地震激励响应分析

给出了受随机地震激励的线性转子-轴承系统动力响应的有效分析方法。应用虚拟激励法和数值积分法,采用Kanai-Tajimi地震模型,对一个四自由度非对称的刚性转子-轴承系统在地震激励和谐波激励联合作用下的位移响应、位移响应谱密度及响应时变方差进行了分析。讨论了不同转速对位移响应时变方差的影响和不同采样角频率对位移响应时变方差曲线的影响。

随机结构地震激励下的可靠度Gauss-legendre积分法

在Vanmarcke修正首次超越破坏理论基础上,提出了利用Gauss-legendre积分公式与Gauss-legendre积分的点估计求解随机结构在随机地震激励下的动力可靠度方法。仿真分析结果表明,两种方法求得的可靠度均值与变异系数均随结构参数变异系数增大而收敛。尽管Gauss-legendre积分法具有很高的计算精度,但维数超过3维时其计算效率降低明显;而Gauss-legendre积分的点估计法则可明星改进高维系统的计算效率,同时还具有计算精度高的优点。计算结果表明:Gauss-legendre积分法适合于多变量实际工程结构的可靠度分析。

横向地震激励下的悬索桥车-桥耦合动力响应分析

为探讨横向地震荷载对列车—悬索桥耦合系统动力响应的影响,以几江公铁两用悬索桥为研究对象,将轨道不平顺作为系统的自激激励源,地震作为外部激励,根据弹性系统动力学总势能不变值原理及形成矩阵的"对号入座"法则,建立地震激励下的车桥系统耦合振动方程和分析模型,对在横向地震波激励下列车通过悬索桥进行了全过程的模拟。分析结果表明:横向地震激励对悬索桥上的列车运行安全性和舒适性有着显著影响。

随机剪切柱在地震激励下的演变随机响应

随机剪切柱是指固连于地面的剪切柱的某些物理参数是随机变量 ,该模型在Niigata地震激励下的响应属于演变随机响应。本文将新近发展起来的演变随机响应问题的统一解法 ,推广到用于求解随机结构振动响应问题。首先用这一方法求出每个样本结构的随机响应 ,然后用MonteCarlo法来进一步求随机结构的集合随机响应特性。这样 ,与单纯用Monte Carlo法进行数字模拟相比 ,可使计算工作量大为减少。

地震激励下主次结构的非线性隔振与动力吸振分析

对一个主次结构简化模型在 Niigata地震激励下的演变随机响应进行了分析。计算结果表明 :融动力吸振与非线性隔振为一体的抗振设计可取得良好的减振效果 ,使主结构响应大幅降低。这一被动抗振方案以及分析中所采用的、与统计线性化法相结合的演变随机响应问题的统一解法 。

多维地震激励下曲线梁桥简化模型及最不利输入方向研究

曲线梁桥只有在某一特定方向输入地震动时,结构某点或某截面的内力(或应力)才能达到最大值,需要沿多个可能方向输入计算才能确定地震动最不利输入方向。根据隔震曲线梁桥受力特点,将桥梁上部结构和桥墩简化均具有两个水平自由度和一个围绕质量中心轴扭转自由度的堆积质量模型,建立双质点六自由度简化分析模型,通过求解曲线梁桥的动力学方程研究结构的动力特性和地震动行为。算例表明,双质点模型计算结果与传统的有限元模型基本一致,且计算方法简单,可以考虑各种敏感因素的影响,借助编程更适合提出规律性的设计方法。进而在双质点模型基础上应用MATLAB编程探讨多维地震作用下曲线梁桥地震波最不利输入方向的问题,针对不同参数的隔震曲线梁桥,改变相关参数后只需运行一次就可以实现最不利输入角度的确定,可为有限元法最不利地震波输入方向的确定提供参考,并大大减少多个方向输入试算的工作量。

地震激励下参数不确定的相邻建筑结构重叠分散保性能混合控制方法

研究阐述了具有不确定结构参数的两个相邻建筑物在地震激励下的混合控制方法。利用包含原理和具有保证性能控制算法的重叠分散控制策略,提出了一种不确定参数结构系统的重叠分散保性能混合控制算法。基于包含原理,将一个大尺度结构分为一组具有共同部分的成对子结构,其共同部分即重叠的部分。使用保性能算法设计每个成对子结构的控制器,然后利用收缩原理,形成原系统的控制器。将重叠分散保性能混合控制算法应用于具有不确定参数的12层和9层两个相邻建筑物的振动控制问题,并与集中的保性能振动控制方法进行了比较,两种方法下结构层间位移的最大控制率分别为50%~60%和60%~70%。数值结果表明:对于具有不确定结构参数的两个相邻建筑物,该方法可以有效地抑制结构的动力响应,确保控制系统稳定性,提高了控制器设计的灵活性和可靠性。

埋地输液管道横向地震激励下的动力响应(二)

考虑了管道与土壤之间的相互作用及管道与流体之间的耦联作用 ,研究了埋地管线在横向传递的剪切波作用下的动力响应 .利用有限元方法对运动方程求解 ,对实际算例运算结果表明 :随土壤剪切模量增大 ,横向相对位移减小 ,弯曲应力减小 ;随管径增大 ,横向相对位移增大 ,弯曲应力增大 ;随流速增大 ,弯曲应力几乎不变 .

水平双向地震激励下基于序列最优控制算法曲线梁桥控制分析

针对曲线梁桥在地震作用下出现的平扭耦合作用对结构产生的不利影响,将隔震技术与附加减震装置相结合对平扭耦合进行控制。建立考虑上部结构偏心的曲线梁桥在双向水平地震作用下的振动控制方程,分别采用序列最优控制算法(Sequential Optimal Control,SOC)及经典线性最优控制(Classical linear Optimal Control,COC)对结构进行分析,求解曲线桥两种控制算法的地震响应,并通过比较研究两种控制算法的适用性。结果表明,序列最优控制算法较经典线性最优控制能更有效减小曲线梁桥在水平双向地震作用下的地震反应、抑制结构扭转耦合效应,对减少落梁震害、确保曲线桥抗震安全有较好的工程实用价值。

埋地输液管道轴向地震激励下的动力响应(一)

考虑了管道与土壤之间及管道与液体之间的相互作用 ,研究了埋地管线在轴向传递的压缩波作用下的动力响应 ,利用有限元方法对运动方程求解 .对实际算例运算结果表明 :随土壤剪切模量的增大 ,轴向相对位移减小 ,轴向应力降低不明显 ;随管径增大 ,轴向相对位移增大 ,轴向应力降低不明显 ;随流速增大 ,轴向相对位移增大 ,轴向应力不变 .

地震激励下斜拉桥振动控制Benchmark模型研究

为了在地震波激励下对大跨桥梁结构建立一套振动控制系统评价体系,比较不同控制策略的控制效果,将艾默生纪念桥(Emerson Memorial Bridge)作为斜拉桥振动控制的Benchmark模型,用以研究地震激励下斜拉桥振动控制所采取的各种控制算法和装置的有效性。系统总结十余年来各国学者在该研究中涉及到的各种传统控制算法以及智能算法,阐述了该桥被动控制、主动控制、半主动控制、混合控制的应用情况,对未来的研究趋势进行展望。以艾默生纪念桥为例,选取新型主动EMD阻尼器作为控制装置,实施基于模糊推理的智能控制。将EMD装置的速度作为模糊控制器输入,制定模糊规则,快速、有效地确定EMD装置输出电压,从而对该桥在线实时控制。数值仿真结果表明:18项控制指标接近于样本控制,尤其对基础处剪力、倾覆力矩以及桥塔处拉索的减振控制效果明显。

非一致地震激励下列车—轨道—桥梁耦合振动及行车安全性研究

地震在影响桥梁结构本身安全性的同时，还会威胁其上列车的行车安全。对于高速铁路桥梁，除需满足桥梁抗震之外，还应确保地震时过桥车辆的行车安全性。理论研究和震害经验都表明，地震动具有空间变异性，包括行波效应、失相干效应、局部场地效应和衰减效应。因此，针对高速铁路桥梁，开展非一致地震激励下的列车一轨道一桥梁耦合振动及桥上列车的行车安全性研究，主要研究内容和结论如下。

基于地震激励的混凝土桥梁模态参数识别

为探讨基于地震激励下自然激励技术(NExT)结合特征系统实现算法(ERA)对于混凝土桥梁模态参数识别的可行性,对某一预应力混凝土连续梁桥进行了数值仿真分析。通过有限元分析软件建立了桥梁的三维实体模型,对模型进行有限元模态分析和时程分析,并利用强震记录实现地震激励,利用加速度信号、考虑外界白噪声的影响,在仅有输出响应信号的情况下采用NExT/ERA方法识别预应力混凝土桥梁的模态参数。通过数值仿真分析,识别出结构前4阶模态参数,与有限元模态分析得到的模态参数相比较,二者误差较小,吻合较好。

巨-子型有控结构体系在地震激励下的响应控制特性

为研究巨-子型有控结构体系MSCSS(Mega-Sub Controlled Structural System)在地震作用下的响应特性,建立了MSCSS在随机地震激励下的动力方程,推导了结构响应计算表达式,对MSCSS在随机平稳及非平稳地震激励下的响应控制特性分别进行了对比计算研究,讨论了相对结构参数,如主子结构质量比、相对刚度比对MSCSS位移及加速度响应控制效果的影响.研究结果表明,与传统普通巨型框架结构体系相比,MSCSS在控制位移、加速度响应方面具有显著效果.