粘滞阻尼器减震结构非线性随机振动的时域显式降维迭代随机模拟法

粘滞阻尼器在大型复杂结构减震设计中应用广泛。由于粘滞阻尼器的非线性阻尼力特性,粘滞阻尼器减震结构非平稳随机地震反应分析是一个典型的局部非线性随机振动问题。利用减震结构动力响应时域显式表达式的降维列式优势,仅针对与粘滞阻尼器相关的局部自由度进行非线性迭代计算,提出了局部非线性随机振动问题的时域显式降维迭代随机模拟法,为设置粘滞阻尼器的大型复杂减震结构非线性地震反应分析提供一种高效的随机振动方法。以安装了四个纵桥向粘滞阻尼器的某主跨1200m悬索桥为工程实例,开展E2水准地震激励下的非线性随机振动分析。计算结果显示,设置阻尼器后,主梁的纵桥向位移得到明显控制,降幅达到80%,大桥的关键截面内力也有5%左右的降幅。

多点激励下隔震桥梁非线性随机振动的时域显式迭代模拟法

由于地震动的随机性与空间变异性、隔震支座的非线性特征及其安装数目少的特点,隔震桥梁地震响应分析是一典型的多输入局部非线性随机振动问题。采用Bouc-Wen模型描述隔震支座的非线性恢复力,建立多点地震激励下隔震桥梁结构的运动方程,并将得到的非线性运动方程改写为关于状态变量的拟线性方程,基于精细时程积分法和龙格-库塔法构造拟线性方程及隔震支座滞回位移方程的时域显式降维迭代求解格式。再以此高效算法为基础,应用随机模拟法计算多点激励下隔震桥梁随机地震响应的统计量。数值算例表明,所建立的方法计算速度快、精度高,可用于实际桥梁结构的抗震性能验算。

大跨度桥梁地震易损性分析的时域显式法

结构地震易损性分析是评估结构抗震能力的有效手段。云图法是常用地震易损性分析方法之一,该方法需要进行数十至数百次非线性时程分析,对于大跨度桥梁结构来说,计算较为耗时。将时域显式降维迭代法与云图法相结合,利用结构动力响应时域显式表达式的降维列式优势,仅针对非线性单元自由度进行迭代计算,高效完成数百次大规模结构非线性时程分析,从而提出一种高效的大跨度桥梁地震易损性分析方法。以大跨度悬索桥为工程实例,采用本文方法获得了4种损伤状态下的地震易损性曲线。计算结果表明,时域显式降维迭代法与云图法的结合有效地提高了结构地震易损性分析效率,尤其适用于大跨度桥梁等大型复杂结构的地震易损性评估。

某跨海大桥主桥总体方案与减隔震研究

结合桥址处实际工程条件,某跨海大桥主桥选取了286 m跨下承式双边钢箱主梁提篮拱桥及(125+286+125)m双塔三跨双索面预应力混凝土梁斜拉桥2种桥型方案进行研究比选;对下承式提篮拱桥方案,提出了4种总体施工方案进行研究比选;设计推荐采用拱轴系数1.5、矢跨比1/5、陀螺形钢箱截面拱肋及双边钢箱主梁的286 m跨下承式提篮拱桥,提出采用半潜驳船并利用潮汐差进行拱梁整体浮运架设施工。针对该桥质量大、重心高、高桩承台及场地特征周期长等不利抗震条件,采用球型钢支座及纵向黏滞阻尼器共同进行减隔震,并采用非线性时程法及时域显式降维迭代,分别进行减隔震元器件参数优化及结构抗震分析;计算结果显示,拱桥结构响应对黏滞阻尼器阻尼系数C较敏感,对速度指数α敏感性较小,设置减隔震系统后,梁端的纵桥向位移得到明显控制,降幅达到61.5%,拱肋轴力降低5.7%～19.6%,拱肋弯矩降低8.9%～59.0%,拱脚处内力降幅最大,主桥抗震满足要求。

多点激励下减震桥梁结构抗震可靠度分析的哈密顿蒙特卡洛子集模拟法

减震桥梁结构在地震激励下的可靠度分析为一典型的局部非线性动力可靠度问题。随机模拟法对于求解非线性动力可靠度问题具有普遍适用性,但对于实际工程问题,其应用存在计算工作量巨大的问题。随机模拟法计算时间主要取决于所需样本数目及单次样本计算效率。为提高减震桥梁结构抗震可靠度计算效率,基于精细时程积分法、Newton迭代法建立了多点激励下减震桥梁的运动方程及相应的时域显式降维迭代解格式,提高了单次样本的计算效率;引入基于哈密顿蒙特卡洛算法的子集模拟法,减少了所需样本个数。数值算例表明:与传统随机模拟法相比,所建立的方法可有效地提高减震桥梁结构非线性动力可靠度计算效率。