考虑高阶振型效应的大跨度钢桁拱桥瑞利阻尼参数取值研究

为了解高阶振型效应对大跨度钢桁拱桥地震反应的影响机制,以及在采用直接积分法时构建合适的瑞利阻尼矩阵,以某490 m跨径钢桁拱桥为背景,采用SAP 2000软件建立全桥弹性动力计算模型。针对主拱圈上(下)弦杆轴力、弯矩,研究振型参与质量最大的7阶(第1、4、8、11、13、23、49阶)振型反应与总反应的占比关系,并对构建瑞利阻尼矩阵的特征频率选取方法展开研究。结果表明:主拱圈上、下弦杆拱脚区域的轴力主要由1阶振型(第1阶)控制,由拱脚向拱顶过渡,逐渐转变为由2~4阶振型控制,高阶振型效应显著;同一阶振型对主拱圈上、下弦杆轴力贡献率及分布规律的影响不同;对于复杂钢桁拱桥,采用振动方向上振型参与质量较大的2阶振型特征频率构建瑞利阻尼矩阵可能因高估了高阶振型阻尼比,导致除拱脚区域以外的拱圈弦杆杆件轴力计算结果偏小,结构偏于不安全;采用直接积分法对复杂钢桁拱桥进行地震反应分析时,建议选取多阶控制振型构建相应的瑞利阻尼工况,并对其计算结果取包络用于抗震设计。

地震激励下铁路梁式桥高墩高阶振型效应分析

为研究高阶振型对铁路大跨高墩简支梁桥地震反应的影响,选取北小塬夏河特大桥桥墩作为研究对象,采用有限元软件建立4个不同高度的单墩抗震计算模型,进行动力特性和反应谱分析,提出相应的评价指标,研究墩高、场地条件与墩梁质量比3个因素对高墩桥梁的高阶振型效应的影响。结果表明:不同墩高下结构的总反应基本由前两阶振型的反应组成,第2阶振型对墩身剪力的影响最大、对位移的影响可以忽略;第2阶振型对墩身弯矩、剪力的影响范围均可分为2个区域,分界线分别为距离墩底截面的0.3H与0.6H处(H为墩高),墩身截面位置与分界线的距离越大,第1阶振型反应与总反应的比值减小,第2阶振型反应与第1阶振型反应的比值增大;场地条件对前两阶振型效应的影响显著,桥墩越高、场地条件越坚硬,高阶振型的效应就越明显;墩梁质量比对前两阶振型效应的影响较小。

高阶振型对高墩桥梁抗震性能的影响及其识别

针对高60 m、90 m的典型高墩桥梁,运用增量动力分析方法(IDA)和基于基阶振型的非线性静力推导方法(MPA)计算高墩屈服位移、极限位移、位移延性以及临界状态的墩身曲率分布,通过两种方法计算结果的对比分析,评价不同地震波激励下,高阶振型对桥墩延性能力的影响。描述不同地震作用下曲率沿墩高的分布,指出高墩桥梁在强震作用下,除墩底塑性铰外,还会在墩身中上部形成第二个塑性铰区域,并绘制能力谱和需求谱识别高墩在不同临界状态下各高阶振型进入塑性的程度,证实墩身出现塑性铰主要是由于第二阶振形的贡献。

高阶振型对大跨度钢桁拱桥地震反应的影响

为探讨高阶振型对大跨度钢桁拱桥地震反应的影响,以某1~490 m上承式钢桁拱桥为研究对象,采用MIDAS Civil软件建立全桥有限元模型,基于振型分解反应谱法基本原理,通过动力分析与静力分析相结合的方法,提出了高阶振型对大跨度钢桁拱桥地震反应的分离方法,在此基础上分析了主控振型对大跨度钢桁拱桥主拱圈纵向地震反应的影响规律。结果表明:同一振型对主桁下弦杆的同一位置不同内力分量的影响程度不同。同一振型对主桁下弦杆不同区域的同一内力分量的影响程度不同。从主桁下弦杆整体内力分布看,各阶振型对下弦杆的轴力、弯矩影响规律较为接近,但对剪力的影响明显不同。对于轴力和弯矩,在L/8区域~拱脚区域内,高阶振型的影响显著。对于剪力,在跨中区域~L/4区域,高阶振型的影响显著,且多阶振型共同作用效果明显。

近远场地震作用下自复位桥墩高阶振型效应研究

为了研究近、远场地震作用下高阶振型对自复位桥墩地震响应的影响,以大瑞铁路漾濞1号特大桥为工程背景,基于OpenSees软件建立该桥18号桥墩(高58 m,采用自复位桥墩)的地震反应分析模型,输入近、远场地震动,通过增量动力分析法分析墩身塑性铰的形成及发展规律,并通过模态分解法计算前3阶振型对墩身塑性铰弯矩和墩顶位移的影响。结果表明:自复位桥墩并未消除高阶振型的影响,近场地震作用对结构第2阶振型的效应更加显著;墩身塑性铰主要分布在结构中部区域,且由第2阶振型控制,墩底不出现塑性铰;墩顶水平位移主要由第1阶振型控制,且远场地震作用更显著。

结构Pushover分析的侧向力分布及高阶振型影响

Pushover分析方法是逐渐得到广泛应用的一种评估结构抗震性能的简化方法,已被引入我国新的建筑结构抗震设计规范。侧向力分布的选取是结构Pushover分析中的一个关键问题,尤其高阶振型影响显著时其选取直接影响Pushover分析的结果。本文通过拟合规范反应谱,挑选了适用Ⅱ类场地的4条地震动记录和4条人工波,对比了典型地震动下非线性时程分析和采用5种不同侧向力分布的Pushover分析的5层、10层和15层钢筋混凝土结构在不同地震动强度时的反应。通过结构振型参与系数量化了各个结构的高阶振型的影响。研究发现,随着结构层数的增加和地震动强度的增加高阶振型的影响变大,侧向力的选取变得十分重要。本文对在高阶振型影响下钢筋混凝土框架结构的Pushover分析中侧向力的选取提出了建议。

墩身高阶振型对高墩地震反应影响

采用增量动力分析的方法,全面讨论了墩身高阶振型对桥梁结构地震反应的影响.首先分析了现有规范中的桥梁抗震设计方法应用于高墩的局限性;随后采用了增量动力分析方法,在考虑墩身高阶振型效应的情况下,对高墩桥梁结构在地震作用下的性能进行了研究.结果表明:由于墩身高阶振型贡献,高墩在强震作用下可能沿墩身产生多个塑性区域;墩顶位移与墩底曲率不再同步变化,高墩墩顶极限位移不能采用规范中的方法进行计算;高墩墩身的地震剪力及弯矩需求也会由于墩身高阶振型的显著影响而变得十分复杂.最后提出了针对高墩抗震设计的一些改进措施.

基于改进ASPA法的高阶振型对桥墩抗震性能的影响评价

利用完全解耦的方法对适应谱Pushover分析方法(ASPA法)进行简化,提出了更适用于工程实际的改进适应谱Pushover分析方法(IASPA法)。利用IASPA法对4种典型地震动作用下的桥墩进行计算分析,并将计算结果与传统的Pushover分析方法以及非线性时程分析的结果进行对比研究;进而利用IASPA法和非线性时程分析方法分别对3个不同高度的桥墩进行分析,研究了高阶振型对不同高度桥墩抗震性能的影响。研究结果表明:随着桥墩高度的增加,高阶振型对桥墩抗震性能的影响变大;IASPA法由于考虑了高阶振型的影响,能够对高墩的抗震性能做出有效评估。

考虑高阶振型影响的时程分析加权调整选波方法

针对长周期结构抗震时程分析输入地震波选择问题,提出一种在较宽的周期范围内实现反应谱与目标谱一致性匹配的地震波选择及调整方法。在匹配误差指标(SSE)和地震波幅值调整系数(SF)计算中采用了加权形式的最小二乘法,引入由归一化振型参与系数确定的结构前几阶振型的权重系数,以充分考虑高阶振型对结构地震反应的不同贡献。以美国SAC Steel Project提出的20层抗弯钢框架结构为实例,以该计划提出的代表3种超越概率(即50年超越概率50%、10%和2%)的各组地震波平均反应谱作为目标谱,以这3组地震波(每组10个台站双向记录,即20条波)时程分析得到的结构最大层间位移角均值为各超越概率下的目标反应;以简单地震信息初选的小型地震波数据库(共40条波)作为备选波,选用3条、7条和10条3种地震波数量及不同排序原则的6种分组方式,将加权调整选波方法与不考虑权重的等权调整方法所得各分组地震波反应谱,以及结构时程分析结果进行比较。研究表明,加权与等权方法对估计结构反应(如最大层间位移角)均值具有相同的准确性,但在降低结构反应离散性方面,加权方法具有较大优势。此外,若任意选择地震波组进行时程分析时,采用加权方法也可在一定程度上降低结构反应计算结果的离散性。

考虑高阶振型的改进能力谱法在铁路高桥墩中的应用

以我国《铁路工程抗震设计规范》为依据,在前人建议的模态分析Pushover法的基础上,针对我国大跨铁路桥梁中的高桥墩,提出能考虑高阶振型影响的改进能力谱法,并以内昆线花土坡铁路特大桥8#墩为实例,验证了改进方法评估高桥墩抗震性能的合理性,得到如下结论:1提出能考虑高阶振型的公式,使模态分析Pushover法能更好地考虑高阶振型的影响;2选取四类场地320条强震记录,统计了与我国《铁路工程抗震设计规范》相应的强度折减系数谱和弹塑性需求谱,为改进方法提供设计谱;2以墩高110m的8#墩为例,验证了考虑高阶振型的改进能力谱法应用于桥梁抗震性能评估的合理性。综上所述,研究成果可为同类工程抗震性能的研究提供有益参考。

push-over方法中一种考虑高阶振型影响的水平荷载分布模式

针对高层结构分析时push-over方法无法合理考虑高阶振型影响这一缺陷,从楼层质量、刚度、振型参与系数等影响因素出发,提出了一种可以考虑高阶振型影响的固定水平荷载分布模式．通过拟合β谱。合理选择10条三类场地的地震波,设计4个抗弯钢框架算例,采用弹塑性时程分析方法进行对比分析．根据反应结构损伤的楼层层间侧移角这一指标,验证了水平荷载分布模式的合理性．

高阶振型对风力机塔架地震反应的影响分析

为了掌握高阶振型对结构地震反应的贡献,以4座不同规模的典型风力机为研究对象,建立考虑塔顶质量转动惯量的堆聚质量动力计算模型。采用振型分解时程分析法,计算各塔架在2条实际地震波作用下的时程反应。基于瑞利阻尼假定,综合考虑结构内阻尼和气动阻尼,保守地将瑞利阻尼的两个参考振型阻尼比确定为0.5%。另外,比较了由相关国际规范和指南推荐的忽略高阶振型和塔架实际质量分布的单质量振子简化模型与该文采用的堆聚质量模型的时程分析结果。分析结果表明:风力机塔架的地震反应显著;高阶振型的贡献大小与结构自身的动力特性和地震波的选取有关;高阶振型对风力机塔架的位移、塔顶加速度影响不大,对塔架弯矩具有一定影响,对剪力反应的影响较为显著;时程分析时,单质量振子简化模型会得到偏于不安全的地震反应结果。

高阶振型对结构动力分析的影响

本文的目的在于分析高阶振型对结构动力分析的影响,分析舍去非共振高阶振型所产生的误差,并提出消除此误差的方法和措施。最后应用文中提出的公式,对具体结构进行了计算分析,得出了必须考虑高阶振型影响的结论。

考虑高阶振型影响的输电塔抗震性能评估方法

为了考虑高阶振型对输电塔抗震性能的影响,结合振型侧向力组合方法(MLFC)和能力谱法提出了该类结构的抗震性能评估方法。首先根据输电塔的振型贡献系数识别主要贡献振型,然后考虑各振型侧向力的加权正负组合构建基于MLFC的侧向力组合模式,并采用能力谱法分析确定输电塔的能力曲线和性能指标,最后根据输电塔的抗震性能目标和顶部位移性能水准进行抗震性能评估,从而建立了考虑高阶振型影响的输电塔抗震性能评估方法。结合工程实例分析表明,基于MLFC的侧向力组合模式在抗震能力曲线和位移性能指标分析方面与增量时程分析法吻合较好,能够有效地考虑高阶振型对输电塔抗震性能的影响。

考虑高阶振型影响的简化PUSHOVER分析方法

为在高层建筑静力弹塑性分析中考虑高阶振型的影响,在模态Pushover分析方法基础上,通过振型叠加构造弹性等效振型.应用弹性等效振型将多自由度体系转化为等效单自由度体系,加载模式采用SRSS组合的层间剪力,应用延性需求谱以及反SRSS分配和SRSS组合,提出了简化的Pushover分析方法.通过实例计算表明,文中方法和模态叠加Pushover法得到的结构弹塑性位移基本一致.对于体型比较规则的高层建筑,应用弹性等效振型可以快速计算结构在罕遇地震下考虑高阶振型影响的弹塑性位移反应.

高阶振型阻尼对混凝土框剪结构抗震延性折减系数的影响

研究高阶振型阻尼对高层钢筋混凝土框架剪力墙结构抗震延性折减系数的影响.采用5条地震动记录,通过平面结构的地震弹塑性动力时程分析和静力弹塑性分析,以系统位移延性为指标,探讨结构振型阻尼组合数与刚度特征值、竖向不规则对延性折减系数的综合影响.结果表明:振型阻尼组合数对延性折减系数有重要影响,延性折减系数随振型阻尼组合数增加逐渐减小,当振型阻尼组合数较大时,会处于稳定;振型阻尼组合数与刚度特征值对延性折减系数有交互影响,而振型阻尼组合数与竖向不规则对延性折减系数的交互影响不显著.

大跨度悬索桥地震反应中高阶振型的影响分析

结合两个大跨度悬索桥的工程设计实例,采用反应谱法对其进行了线性地震反应分析,详细讨论了高阶振型对大跨度悬索桥地震反应的影响。分析结果表明:高阶振型对大跨度悬索桥地震反应有很大影响,特别是对主塔的内力反应,而高阶振型对位移反应的影响较小。

单柱式墩高架桥考虑高阶振型影响的简化非线性抗震分析

讨论了高阶振型对结构非线性反应的影响以及对规则程度不同的钢筋混凝土单柱式墩高架桥梁结构进行Pushover分析时高阶振型的贡献。使用考虑高阶振型影响的Pushover分析方法与仅考虑一阶振型的Pushover分析方法和非线性动力时程分析方法进行比较。对于较不规则的桥梁结构,考虑高阶振型影响的简化非线性分析方法能得到较好的分析结果。

高阶振型在山地掉层结构中的影响研究

设置不同掉层层数、掉层跨数和坎上楼层层数的模型,对比分析各模型在不同振型数下结构响应值的误差,根据分析结果来验证常用振型数量控制方法的适用性和差异性。结果表明,高阶振型对山地结构中掉层部分的内力响应影响显著。不同的掉层结构布置对振型数的选择有重要影响,掉层层数的增加使层剪力误差超限的楼层位置从顶层转移到掉层部分,致使掉层部分对高阶振型更加敏感。伴随着掉层跨数的减少,最大层剪力误差及误差超限的楼层数均呈先增大后减小趋势,即存在最不利的掉层跨数比,此时各内力响应误差均最大。坎上楼层的增加会提高掉层部分的剪力误差值。相对于层剪力,层间位移更易于通过提高振型数来控制精度。振型位移控制法的精度较高,但会增加大量结构计算和分析成本。振型质量参与系数法仅在个别结构中的层间剪力误差较小,总体来说其控制效果较差。解决这一问题,还需进一步研究以便提出一种新的振型控制方法。

时程分析考虑高阶振型影响的多频段地震波选择方法研究

针对结构抗震时程分析输入地震波选择问题,以加速度反应谱(或设计谱)为目标谱,在反应谱平台段和结构基本周期附近误差双控指标中,引入了由归一化振型参与系数确定的前几阶振型的权重系数,提出了考虑多频段加权匹配的时程分析输入地震波选择方法,以充分考虑高阶振型的影响。以美国SAC Steel Project提出的9层和20层抗弯钢框架Benchmark结构为实例,为方便将建议选波方法与较多地震波输入时程分析结果进行比较,以简单地震信息初选的小型地震波数据库中的20条地震波的均值(放大系数)谱作为目标谱,以这20条地震波时程分析得到的结构最大基底剪力和层间位移角均值为目标反应,前者考虑弹性状态,后者对应弹塑性情况。将按该文方法选出的3条波输入下结构反应均值与目标反应进行了比较分析,初步证实了建议选波方法的可行性。将该文方法与ASCE 7-05地震波输入要求方法对比,在弹塑性反应状态下,两者对结构最大层间位移角沿楼层分布规律的估计以及薄弱层位置的判断均与目标反应较为一致。ASCE 7-05方法输入下结构反应均大于目标反应,偏于安全。而按该文方法输入存在高估和低估结构反应的情况,建议附加"在0.2T1~1.5T1(T1为结构基本周期)区间内,3条地震波的平均谱应在目标谱上方"这一限制条件,以防止低估结构反应的情况发生。