带TMD结构的大阻尼比复振型叠加反应谱法

为了对具有非对称质量矩阵、非对称刚度矩阵和非经典大阻尼矩阵特征的带TMD结构进行更精确并便于工程应用的抗震设计,用大阻尼比复振型叠加设计反应谱法进行了地震响应及效应分析.用复模态法对非经典方程进行解耦,得到了结构地震响应的时域表达式,根据解的复共轭特征和欧拉变换,进一步把地震响应表示为一系列等效单自由度体系位移和速度响应的线性组合,再根据反应谱理论并考虑大阻尼比转换就可以求解带TMD结构基于设计反应谱的地震响应和效应并进行抗震设计.通过一个算例来说明大阻尼比复振型叠加设计反应谱法的应用,计算结果表明:带TMD结构有较好的减震效果.

基于隔震结构Benchmark模型的复振型叠加反应谱方法

隔震体系一般由隔震层和上部结构组成,隔震层包括隔震支座和耗能装置,其阻尼特性与上部结构有较大差别。因此,隔震体系阻尼分布具有显著的非比例特性,从而导致其阻尼矩阵不满足无阻尼振型解耦的条件,故在隔震体系中经典的振型叠加反应谱方法已不适用。基于随机振动理论,结合隔震结构的特点,推导了能够考虑非比例阻尼特性的多维地震复振型叠加反应谱方法。针对目前常用的强迫解耦方法,对其误差进行了探讨,发现其阻止了隔震层与上部结构的能量传递,导致上部结构的地震响应偏小。基于隔震结构Benchmark模型对复振型叠加反应谱方法、强迫解耦假定下的反应谱方法、时程分析方法进行了对比,结果表明隔震层阻尼较大时,强迫解耦方法精度较差,并且无法反映隔震层阻尼引起的上部结构地震响应放大效应,复振型叠加反应谱方法计算精度较好,可充分反映隔震结构非比例阻尼的特点。

复振型叠加法截断误差及改进

根据复振型叠加理论,对具有非比例阻尼特性的线性体系,分析了复振型截断误差的来源,给出了误差公式。与比例阻尼体系的高阶实振型响应类似,通过反应比表达式可以看出随着输入频率与自振频率比的减小,高阶复振型的响应也趋于荷载的静态响应。基于此推导出了与传统修正方法形式一致的复振型静力修正方法和振型加速度方法,同时根据复振型退化为实振型的条件(实部与虚部成比例关系)建立了实、复振型修正方法的统一。用数值算例对修正方法进行了验证,结果表明:复振型修正方法能够很好地提高振型叠加的计算精度,特别是当结构主要固有频率大于输入卓越频率时修正效果更为显著;还发现附加阻尼较大时,导致部分高阶振型自振频率减小,在一定程度上会降低修正效果。

非经典阻尼分布参数系统复振型叠加方法

附加减震装置的一维杆或剪切梁模型属于非连续的非经典阻尼分布参数系统。对于它的动力分析,通常是建立分段的运动方程,然后利用各段动力反应的实振型叠加形式和连续条件进行动力计算。这是一种实模态综合方法,尽管它可以求得近似的动力反应,但反映不出阻尼对整体系统动力特性的影响。为了考虑附加减震装置引起的阻尼和刚度非连续性,基于广义函数理论,建立了整体系统的无量纲化运动方程,利用Laplace变换推导了振型函数和特征值方程,并给出了振型函数的正交条件,最终导出了适用于非经典阻尼分布参数系统的复振型叠加方法。由于特征值方程为复杂的超越方程,为了同时求出多个自振频率,建议了一种基于柯西积分定理的等效多项式方法。这种方法将自振频率转变成了线性代数方程组的求解,更简便、实用。最后以基底隔震分布参数系统为例,展示了复振型叠加法的应用,同时对隔震结构设计得出了有益的结论。给出的复振型叠加法是传统的经典阻尼连续系统实振型叠加法的推广,具有一定理论意义和应用价值。

复振型叠加方法合理振型数量的确定

针对适用于非经典阻尼体系的复振型叠加方法,基于理论推导,得到了评价振型贡献程度的复振型质量参与系数,并给出了两种等效的表达形式,可作为评估非经典阻尼系统所需振型数量的一种方法。同时,根据复振型退化为实振型的条件(即实部与虚部成比例关系),论证了实、复振型质量参与系数法的统一性。实、复振型质量参与系数基于相同的原理和假定,具有相同的物理意义,易于工程设计人员掌握和使用。采用典型的减隔震系统数值算例和安装黏滞阻尼器的9层钢结构Benchmark模型对复振型质量参与系数方法进行了验证,结果表明该方法能够有效估计所需振型数量。但是由于实、复振型质量参与系数法是基于基底剪力推导而得到,当用于评估加速度响应所需振型时,其数量往往偏小。

工程结构中的阻尼与复振型地震响应的完全平方组合

对工程结构中阻尼矩阵的简化处理途径做了简要评述 ,指出目前常用的比例阻尼理论对于小阻尼结构是适用的。但是随着机械阻尼器在结构工程中的广泛应用 ,结构的阻尼矩阵不再满足可以按照相应无阻尼结构振型解耦的条件 ,此时的振型是由实部和虚部组成的复数形式。由于缺乏基于反应谱的复振型地震反应叠加分析方法 ,也是为了简单起见 ,在抗震设计规范中建议采用强迫解耦的近似分析方法。文中对强迫解耦方法的基本概念和适用性进行了探讨 ,指出在一般情况下这一方法是可以接受的 ,但是对于过阻尼和其它特殊情况 ,误差也是比较大的。为了避免这样的误差 ,可以采用文中推荐的基于复振型的完全平方组合 (CCQC)方法。与目前常用的CQC法相比 ,文中建议的CCQC法是按照同样的假定在复振型条件下推导出来的近似分析方法 ,完全避免了复数运算 ,表达方式也一样简单实用 ,因此很适合在实际工程和抗震设计规范中应用。

隔震桥梁结构随机地震响应分析的复振型虚拟激励法

鉴于隔震支座的本构关系具有显著的非线性,隔震桥梁结构的非线性随机地震响应分析存在理论复杂、计算量大等困难。为简化分析过程和提高计算效率,建立隔震桥梁结构的等效线性化模型并采用非经典阻尼模型描述结构体系的阻尼特性,以复振型叠加法和虚拟激励法为基础,建立了隔震桥梁结构随机地震响应分析的复振型虚拟激励法。数值算例表明,所建立的方法计算效率高,结果可靠、操作方便。

非比例阻尼线性体系基于规范反应谱的CCQC法

根据平稳随机过程理论和抗震设计反应谱,对具有非比例阻尼特性的线性体系,给出了实数形式的复振型反应谱叠加法和复振型完全平方组合(CCQC)计算公式。式中除了包含一般CQC方法中振型间的位移相关系数以外,还包含了新的速度相关系数和位移-速度相关系数。公式推导按照与一般CQC法同样的原理和假定,形式也同样简洁、明了,易于工程设计人员掌握和使用。用实例分析对比了基于设计反应谱的CCQC法、CSRSS法及强迫解耦法,并以人工地震波作为地震输入,用逐步积分法对计算结果进行了验证。结果表明:提出的CCQC法比CSRSS法具有更好的精度。实例分析还表明,对于一般的强非比例阻尼结构,抗震设计规范中采用的强迫解耦方法也具有较好的精度。