基于修正阻尼的土体非线性模型及其在Abaqus中的实现

地震等随机循环荷载作用时,常需定义较为复杂的加卸载准则(如扩展Masing准则)来描述土体应力-应变滞回曲线,导致求解过程中需预留大量的状态变量,不便于编程实现;同时,现有Masing模型及其改进模型大多仅对动剪切模量曲线进行拟合,还鲜有考虑对阻尼比曲线的拟合。针对以上两个问题,构建了基于修正阻尼的不规则加卸载准则。该准则克服了上大圈准则需要记忆所有转向点的问题,只需要记忆当前转向点和历史最值,记忆量大大减小;同时该准则能同时考虑动剪切模量和阻尼比曲线,达到了修正阻尼比的目的。基于Matasovic骨架曲线,结合提出的加卸载准则,提出了土体非线性模型并将其开发于Abaqus软件中,通过求解Mississippi湾场地地震反应,并与Deepsoil软件和Davidenkov-Chen-Zhao(DCZ)模型计算得到的场地地震反应结果进行对比分析,验证了所提不规则加卸载准则的正确性。同时,对日本KiK-net强震台网的KSRH10场地进行了地震反应分析,并与加速度时程记录及其谱加速度进行比较,验证了所提模型的适用性。

基于多层框架结构的楼层阻尼比修正的仿真研究

附加有效阻尼比的确定是消能减震结构设计的关键。为探究布置消能器楼层数的不同对结构设计安全性的影响,以新疆地区某多层钢筋混凝土框架结构为研究对象,采用非线性时程分析方法和等效结构模型的振型分解反应谱分析方法,基于各楼层剪力计算结果,引入楼层阻尼比修正系数k mn,对等效结构模型的附加有效阻尼比进行迭代修正。结果表明:采用小震时程分析阻尼比的等效结构模型,其楼层阻尼比修正系数随着阻尼器布置楼层数的逐渐增加呈现出先增后减的趋势,当阻尼器布置层数为楼层总数的3/5时折减率最低;采用中震时程分析阻尼比的等效结构模型,当阻尼器布置楼层数不少于2/5时,可满足设防要求;对于多层框架结构,考虑综合成本,黏滞阻尼器的布置楼层数可不采用满布的形式。

考虑场地类别的阻尼比修正系数研究

阻尼比修正系数B用于调整临界阻尼比不同于0.05时的反应谱值,它对减震结构、隔振结构以及弹塑性体系的简化设计与分析具有重要意义。本文按照我国现行抗震规范规定的场地分类方法,分别应用四类场地共计136条地震记录,对阻尼比为0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5的弹性单自由度结构体系的相对位移反应谱、相对速度反应谱、绝对加速度反应谱进行计算分析,从定性到定量系统研究了地震作用下场地分类、阻尼比以及结构周期对相对位移反应谱阻尼比修正系数Bd、相对速度反应谱阻尼比修正系数Bv和绝对加速度反应谱阻尼比修正系数Ba的影响规律,结果表明:随着阻尼比的增大,场地分类对阻尼比修正系数的影响程度逐渐增大,其中场地条件对Ba的影响更加显著,然而数据分析表明,场地条件对阻尼比修正系数最小值的影响很小。在IV场地上,阻尼对长周期结构的减震效果明显优于其它三类场地。最后通过非线性回归分析,建立了与场地类别、结构周期以及阻尼比相关的阻尼比修正系数Ba、Bd、Bv的计算公式。这部分的结果可以应用于减震结构基于性能的抗震设计方法中。

考虑震级影响的规范阻尼修正系数评估

规范采用阻尼修正系数(DMF)调整阻尼比不同于5%时的弹性反应谱,然而未考虑矩震级的影响.美欧规范DMF是基于位移反应谱,而中国规范DMF是基于绝对加速度反应谱.对同类场地不同矩震级范围内DMF的统计分析表明,除E类场地外,矩震级Mw>6.5时,基于位移反应谱的中值DMF与美欧规范值比较接近,基于绝对加速度反应谱的中值DMF与中国规范值比较接近;而矩震级Mw=5.5～6.5时,中值DMF与各规范值有明显差异,采用规范DMF是偏于不安全的.对E类场地,规范DMF多数情况下稍偏于保守.最后,利用非线性回归分析,提出了不同矩震级范围时各类场地DMF表达式.

近断层脉冲型地震动下位移谱阻尼修正系数

现行规范采用阻尼修正系数(DMF)调整阻尼比不同于5%时的弹性位移反应谱,然而未考虑到近断层脉冲型地震动的影响。选取了代表性前方向性脉冲记录,研究了矩震级、场地类别和距离对脉冲周期的影响,同时指出脉冲周期与相应伪速度谱峰值周期之间具有较好的线性相关性,然后以周期与脉冲周期比和阻尼比为双变量,采用Levenberg-Marquardt算法进行非线性回归分析,提出了能够较为准确反映数据点分布规律的DMF模型。结果表明,随着脉冲周期的减小,DMF峰值对应的周期越小,而在中长周期范围DMF越趋近于1.0;与现行规范相比,模型MDF强烈依赖于脉冲周期、结构振动周期和阻尼比,且当三者位于不同取值范围时,规范DMF过低或过高。

地震动位移反应谱阻尼修正系数研究

阻尼修正系数(DMF)用于抗震设计规范中校正临界阻尼比高于或低于5%的弹性反应谱。在解耦多参数交叉影响的原则下研究了三个主要地震参数(震级、距离和场地条件)对地震动位移反应谱阻尼修正系数的影响。结果表明,DMF随着结构自振周期增大而逐渐趋近于1;随着震级和距离增大,阻尼比对位移反应谱影响随之增大,DMF曲线更加发散,这意味着通过附加阻尼减小结构地震反应对于大震和远震更加有效;场地条件对DMF的影响仅限于近场范围,但无法归纳出明显的影响规律,且随距离增大,不同场地对应的DMF之间的差异逐渐缩小。通过人工合成地震动数值试验,分析加速度反应谱与位移反应谱DMF曲线,得出结论:地震动频谱分量随频率的相对变化速度,对位移反应谱DMF曲线起控制性作用。最后提出了适宜于抗震设计规范采用的DMF公式,并利用实际强震记录数据拟合了DMF公式中的关键参数。

大跨度结构气弹模型风振响应的阻尼修正系数

在气动弹性模型设计中 ,如果阻尼相似不能在模型设计、制作中实现 ,则须对试验结果加以修正 .因此定义了阻尼比修正系数 ,推导出结构在Davenport脉动风速 (风压 )谱激励下响应和阻尼比的相互关系 ,通过一刚度可调的结构模型 ,分析了大跨度结构气弹模型实测各阶阻尼比相近情况下激励形式和结构模态参数对模型风振响应阻尼比修正系数的影响 .

高阻尼设计反应谱阻尼修正系数的评估

针对目前提出的多种阻尼修正系数计算公式,选取了120条II类场地强震记录建立了10%、20%、30%三种不同阻尼比的高阻尼反应谱,通过比较精确谱和近似谱对5种典型计算公式的适用性进行分析。鉴于位移谱和加速度谱之间的转换是建立在拟谱关系上,且这种关系仅在结构阻尼较小以及忽略正余弦差异时才成立,因此对适用于建立高阻尼加速度谱和位移谱的阻尼修正系数计算公式分别进行了评价。通过分析可知,对II类场地而言,Lin&Chang和中国建筑抗震设计规范建议的阻尼修正系数计算公式分别在估计高阻尼位移谱和加速度谱时有较好的适用性。

长周期桥梁地震设计谱阻尼修正系数研究

阻尼比是影响反应谱值的一个重要参数。当结构阻尼比发生变化时,会显著地改变反应谱值,从而影响结构所受地震作用的大小。规范设计反应谱均以一个标准阻尼比为基准,当结构主要振型的阻尼比偏离此标准值较多时,通过修正系数对设计反应谱进行修正。本文比较了各国桥梁抗震设计规范地震设计谱阻尼修正公式,并选取3条含有长周期分量的地震波对一长周期单自由度系统进行时程分析,使用瑞利阻尼,阻尼比从0.01～0.10变化,每种阻尼比计算结果取3条地震波的平均值,并与阻尼比为0.05的结果相比得到修正系数。在与各规范公式结果相比较后得出结论:欧洲规范阻尼修正公式更适用于长周期桥梁。

一维弹道修正引信阻尼弹道系数的优化与仿真

分析了影响一维弹道修正引信阻尼弹道系数选取的主要因素 ,提出了弹道解算时间和最大射程修正量的确定是选取最佳阻尼弹道系数的前提。基于最佳阻尼弹道系数确定方法 。

智能压电结构的新型阻尼修正模型

针对智能压电结构中,结构和压电材料之间的耦合和压电材料的动态输出,对结构阻尼的影响,提出了一种新的分段阻尼模型。由于压电结构和系统之间的耦合效应,整个结构的刚度和阻尼都会发生变化,尤其是阻尼会发生动态的变化。静态阻尼模型的描述已不能满足描述需要,而文中的分段阻尼模型能更精确地描述智能压电结构中的阻尼,以及系统的动态响应。以悬臂梁为例,实验结果验证了原静态阻尼模型的误差较大,而新模型比原模型精确反映了系统的幅频相应,比原模型更加合理和准确。

俯冲带板内地震的位移谱阻尼修正系数研究

为了建立一个用于调整设计反应谱的B_d模型,本文利用Zhao et al的场地分类方法,将KiK-net和K-NET地震数据库中4 695条M_w≥5.0的俯冲带板内地震动记录分成了四组,并对每组数据在36个谱周期、14个阻尼比水平下的位移谱阻尼修正系数B_d的几何均值进行了分析。阻尼比小于0.05时,B_d会随谱周期先增后减,在短周期内I类场地的B_d最大、IV类最小,在中长周期时,II类最小、IV类最大,阻尼比大于0.05时,具有相反变化规律。通过对不同场地间B_d的方差和均值进行F-检验和t-检验,本文证明了场地分类的必要性,基于最小二乘回归法,给出了B_d关于谱周期和阻尼比的表达式。为研究回归方程的残差组成,文中利用随机效应方法对残差进行了分解。结果表明:整体上震源效应产生的随机误差小于其他效应产生的随机误差,场地效应产生的随机误差小于路径效应产生的随机误差。位移谱阻尼修正系数还受到矩震级、震源深度和震源距的影响,本文模型暂未考虑这些因素。

地震反应谱阻尼修正系数的研究论述

在结构抗震设计中,阻尼比大小对结构的动力响应有一定影响,常采用5%阻尼比水平的设计反应谱作为设计标准,利用阻尼修正系数来有效地评估其他阻尼比水平下建筑物在地震作用下的响应情况。为了给之后阻尼修正系数的研究者以借鉴和帮助,本文结合过去三十多年来国内外关于阻尼修正系数的研究成果,对其影响因素和研究方法进行了归纳和分析,结果表明:阻尼比水平、谱周期、地震震级、传播距离、场地类别、地质构造和地震类型都会影响阻尼修正系数值;其中最小二乘回归法是现阶段应用最为广泛且切实可行的研究手段。借助最小二乘回归法和随机效应模型,文章的最后给出了一种可能适用于今后我国阻尼修正系数研究的分析途径。

不同类型俯冲带地震水平向地震动阻尼修正系数对比研究

基于日本KiK-Net、K-Net地震台网和太平洋地震工程中心(PEER)的14713条地震动记录,比较了俯冲带地区浅壳上地幔地震、板内地震和板间地震的水平向地震动加速度反应谱阻尼修正系数(DMF)和位移反应谱阻尼修正系数(DMF)的差异,并进行了5%置信水平下的假设检验,探究了俯冲带地区不同地震类型对DMF的影响。结果显示:在大多数谱周期,不同地震类型的DMF存在统计意义上的显著差异;在低阻尼比中短周期时,加速度谱DMF和位移谱DMF基本相同;在高阻尼比长周期时,不同地震类型的加速度谱DMF差异大于位移谱DMF差异。研究表明:俯冲带地震水平向地震动DMF需要考虑不同地震类型的影响。

海域地震动竖向加速度反应谱阻尼修正系数

该文提出了一个用于调整5%阻尼比海域地震动竖向加速度反应谱的阻尼修正系数(Damping modification factor,DMF)模型。基于S-net台网的5680条海底竖向地震动记录,利用DMF比值和Z检验分析了地震类型对DMF的影响,提出了考虑阻尼比和谱周期的DMF模型,与陆域DMF模型进行了对比,并获取了不同阻尼比下的竖向加速度反应谱,最后对残差及标准差进行分析。研究表明:地震类型对DMF的影响可以忽略;可用三次多项式模拟阻尼比对DMF的影响;由于海域地震动特性导致海陆DMF模型之间差异显著;阻尼比能够影响5%阻尼比反应谱1倍标准差的谱值;残差分析表明可引入矩震级、断层深度和震源距改善DMF模型的拟合度。该文提出的海域地震动加速度谱竖向DMF模型,为海域工程多阻尼抗震设计谱的确定提供了参考。

俯冲带浅壳和上地幔地震竖向位移谱阻尼修正系数模型

基于日本K-NET和KiK-net强震台网获取的7635条浅壳和上地幔地震记录的统计分析,考虑阻尼比,谱周期点及场地类别的影响,采用最小二乘法建立竖向位移谱阻尼修正系数模型,并通过随机效应模型分离出模型残差及其标准差,探究各参数对模型随机误差的影响。研究表明:采用一个简单的阻尼比对数的二次式能很好的模拟阻尼比的影响;模型事件间残差与震级显著相关,事件内残差与震源距离的相关性较大;在周期0.6 s前,震源效应引起的随机误差小于其他效应引起的随机误差,但0.6 s后,场地效应引起的随机误差较其他效应引起的随机误差小;在整个周期上,路径效应与其他效应引起的随机误差占比大。文中的研究结果可直接用于调整不考虑震源及震源距的设计反应谱。

俯冲带板间地震水平加速度谱阻尼修正系数研究

基于日本K-net和Kik-net台站的俯冲带地区板间地震的数据,分SCⅠ~SCⅣ四种场地分别建立了水平向加速度反应谱阻尼修正系数模型。利用最小二乘法进行回归拟合,拟合公式采用对数三次项提高拟合精度。通过统计检验和残差分析,验证模型的拟合效果。研究表明:低于5%与高于5%阻尼比的阻尼修正系数变化趋势差异明显,分别在周期点0.3~0.5s区间达到极大值和极小值;不同场地类别的阻尼修正系数统计上显著不同,建立不同场地类别的模型是必要的;模型残差的标准差分布在0.012~0.712之间,建立的阻尼修正系数模型较好的拟合了阻尼修正系数随谱周期和阻尼比的变化趋势。

浅壳与上地幔地震的水平加速度谱阻尼修正系数模型

对日本K-net和KiK-net台网中6 466条浅壳与上地幔地震动记录进行了统计分析,考虑四种场地类别分别建立了浅壳与上地幔地震的加速度谱阻尼修正系数模型,并利用随机效应模型将模型总残差分离为事件间残差、事件内残差(分为场地间残差和场地内残差),计算其相应的标准差,探究地震震源、路径、场地等因素对模型误差的影响。研究结果显示:所提出的模型能较好地拟合实际计算值,其随机误差整体随谱周期和阻尼比的增大而增大;震源效应导致的随机误差在谱周期小于2.0 s时小于其它效应;在大部分谱周期上,场地效应导致的随机误差小于路径效应及其它效应;事件间残差与震源和震源深度显著相关,场地内残差与震源距显著相关。

浅壳与上地幔地震竖向加速度谱阻尼修正系数模型

本文基于日本KiK-Net,K-Net台网及汶川地震中6000余条浅壳与上地幔地震竖向加速度记录,分场地类型建立了包含阻尼比和谱周期两个参数的阻尼修正系数模型,用以调整无震级和震源距信息的设计谱。基于固定效应模型对阻尼修正系数对数值及阻尼比对数值的三次多项式进行线性回归得到模型表达式,基于随机效应模型对阻尼修正系数模型的残差及残差的标准差进行分离,分析震源、路径以及场地效应对模型误差的影响。研究结果表明:高阻尼长周期震源效应引起的残差大于其他效应引起的残差;场地效应引起的残差小于其他效应引起的残差。对模型残差的标准差及阻尼比对数值进行线性回归,回归方程易于计算模型残差的标准差。

不同类型俯冲带地震竖向地震动阻尼修正系数对比研究

俯冲带地区竖向地震动的阻尼修正系数在工程结构抗震设计中起着重要作用。由于俯冲带地区的板块构造复杂,俯冲带地区的地震可划分为浅壳上地幔地震、板内地震和板间地震3种类型。为研究不同类型俯冲带地震的竖向地震动阻尼修正系数间是否具有显著差异而需要分别建立不同的阻尼修正系数模型,采用日本俯冲带地区的地震动数据,通过假设检验和构造差异指标的方式对不同类型地震的竖向加速度和位移反应谱的阻尼修正系数进行两两比较。结果显示:不同地震类型的竖向地震动阻尼修正系数在众多谱周期上存在统计意义和工程实际意义上的显著差异。该研究表明:研究俯冲带地区竖向地震动阻尼修正系数时需要考虑地震类型的影响。