大跨度连续梁拱桥多点多维地震响应分析

为研究多点多维地震动作用下大跨度连续梁拱桥的动力响应,以我国南方某主跨为139 m的钢管混凝土连续梁拱桥为研究对象,基于有限元软件OpenSEES建立桥梁的三维有限元分析模型,人工合成空间非一致地震动,探究地震动的失相干程度、场地条件及行波波速对桥梁动力响应的影响.研究结果表明:地震波的空间变异性效应会对连续梁拱桥的地震响应产生明显影响,仅考虑一致地震动激励会高估桥梁结构的地震响应;场地效应对桥梁地震响应的影响规律最为突出,随着支撑点处的场地越来越松软,桥梁各个部位的内力及位移响应均大幅增加;地震动的失相干效应越明显,桥梁拱肋的内力越大,位移越小;行波效应对桥梁结构的地震反应没有较为明确的影响规律,但不可忽略其作用,仅考虑行波效应会严重低估下部结构的地震响应;在大跨度桥梁结构的地震响应分析中,应着重考虑地震动的空间变异性效应,并且准确衡量各因素的作用.

空间相关多点多维地震动的模拟

对大跨度结构的地震响应分析应考虑地震动的空间效应。采用合理的功率谱、相干函数和传递函数模型,基于原型谱表示法,得到基岩和地表处的空间相关多点多维人工地震动模拟方法,并通过实例验证模拟方法的可行性。结果表明:局部场地条件对入射波产生放大和过滤效应,导致其振幅和频率成分明显改变,在特定的场地条件下,其影响远大于行波效应和相干效应;在对大跨度结构进行地震响应分析时,采用合理考虑局部场地效应的空间相关多点多维地震动模型作为激励输入是非常必要的;在采用数值方法模拟人工地震动时,由于相干函数存在临界值,可以将多维多点地震动简化为三个单维多点地震动的模拟。该模拟方法可以作为实际工程中大跨度结构的地震响应分析获得地震输入的一种有效途径。

空间相关的多点多维地震动合成方法

基于谱方法的随机场理论,借助功率谱密度函数来描述地震动随机场,同时考虑不同点、不同向地震动分量间的相关性,分别采用Clough-Penzien模型和屈铁军-王君杰相干模型来描述平稳自功率谱和平稳互功率谱,建立了空间相关的多点多维地震动合成方法。采用Matlab R2010b编制生成程序,并以某445 m大跨度拱桥场地条件为例,生成空间相关的多点多维地震动时域样本,并将该时域样本的功率谱密度函数与目标功率谱密度函数进行对比。结果表明:模拟结果与目标值吻合较好,按照上述方法生成的多点多维地震时域样本满足要求。

成都天府国际机场T2航站楼多点多维地震响应分析

采用时程分析方法对成都天府国际机场T2航站楼结构进行了多点多维地震激励响应分析,根据航站楼所在场地地质资料,分析采用的地震波波速为600m/s。根据分析结果,除个别杆件外行波系数较大达到2.0外,地震行波效应对钢屋盖网架杆件的影响较小,多数杆件行波系数小于1.2;下部混凝土结构底层框架柱行波系数较显著,构件行波系数最大接近2.6,随着楼层数升高行波系数逐渐减小;从整体来看,T2D大厅行波系数呈周边大、中间小的分布规律,T2C指廊行波系数呈两端大、中间小的分布规律;由于多点输入时各构件振动步调不一致,求和各支座基底剪力时部分内力相互抵消,基底剪力多点输入计算值比一致输入小。

多点多维全非平稳地震动场的降维模拟

首先,在多点一维全非平稳地震动场的随机模型基础上,导出了多点多维全非平稳地震动随机场基于相干函数矩阵的谱分解统一表达式。同时,通过引入随机函数的约束形式,实现了多点多维地震动随机场的降维模拟。其次,根据多维地震动三分量强度调制函数中参数相关性的回归结果,给出了Ⅰ0类场地的三维地震动四段强度调制函数的参数取值。最后,以三维地震动的松岛丰模型为基础,采用四段强度调制函数、Clough-Penzien时变功率谱以及复合相干函数模型,生成了空间相关多点多维全非平稳地震动的代表性样本,数值算例验证了所提方法的有效性。由于该方法生成代表性样本集合的概率信息完备,进而可与概率密度演化方法相结合,以实现随机地震作用下大型复杂空间结构的精细化动力反应分析以及抗震可靠性评价。

基于多点多维传感器的肢体运动姿态自动检测方法

肢体在运动时,对肢体移动情况的检测结果与实际情况存在较大误差,为此,提出基于多点多维传感器的肢体运动姿态自动检测方法。利用K6D27多元件传感器作为数据采集装置,以肢体的关节为节点,布置多维传感器,并获取肢体在立体空间内的运动数据。借助两级卡尔曼滤波器降低噪声,将移动速度和移动角度作为关键变量,通过典型时间规整实现肢体运动姿态信息的获取。测试结果表明:设计方法对肢体动作姿态的检测准确度达到0.95以上,误差较小,具有较高的可靠性。

多点多维随机地震作用下高墩大跨桥梁动力反应分析

为了克服传统Monte Carlo模拟方法由于高维随机变量所带来的巨大挑战,本文建议了一类空间相关多点多维(mD-nV)全非平稳地震动随机场的降维模拟方法,并结合概率密度演化理论,实现了多点多维随机地震作用下高墩大跨连续刚构桥动力反应精细化分析。首先,推导了基于相干函数矩阵的多点多维全非平稳地震动随机场本征正交分解模拟公式;然后,引入随机函数的约束形式,建立了多点多维全非平稳地震动随机场的降维模型;最后,以高墩大跨连续刚构桥为工程对象,采用动力时程分析并结合概率密度演化理论,实现了桥梁结构精细化动力反应分析。结果表明本文提出的降维模型具有较好的适用性,同时,高墩大跨刚构桥在多点多维地震作用下会引起桥墩在三方向的位移反应,因此,在进行结构抗震分析时,应充分考虑多点多维随机地震输入对结构动力反应与损伤失效机制的影响。

成都双流国际机场T2航站楼大厅多点多维弹性地震反应分析

采用时程分析方法对成都双流国际机场T2航站楼结构进行了多点多维地震反应分析,地震波波速从266m/s变化到533m/s,并与一致输入结果比较可知:考虑行波效应后,钢结构部分的多数杆件内力小于一致输入的,且行波效应影响系数多数小于1.2;沿地震波传播方向上的底层框架柱内力多数增大,而垂直于地震波传播方向上的柱内力多数减小;支承钢拱的钢柱轴力行波效应影响系数基本上小于1;支承钢拱的框架柱列行波效应影响系数呈现出两端大、中间小的规律;多点输入下的基底剪力小于一致输入下的,为多点输入下结构中各构件振动不同步所致,叠加为总地震力时往往相互抵消。

多点多维输入下青岛北站主站房屋盖扭转效应分析

青岛北站主站房屋盖结构平面尺寸非常大,受力情况十分复杂,进行多点多维分析十分必要。首先介绍了多点多维输入地震反应分析的基本原理,采用时程分析法对青岛北站结构进行多点多维输入下的地震响应分析,并与一致输入下的结构响应进行了对比,考察了两种输入方法下结构扭转效应和内力变化的特点,并进行了对比分析。最后得到结论:多点多维输入下结构的扭转效应较一致输入下有明显的增大趋势,该趋势对结构的安全性产生一定的影响,但是相对扭转角没有增大多少;不同角度的输入条件下,结构的扭转效应也不一样,对于青岛北站主站房屋盖来说,45°方向输入时响应最大,0°方向输入时响应最小;拱构件在多点激励和一致激励作用下的响应各不相同,有的响应增大,有的响应减小。

多点多维输入下合肥南站的动力响应分析

大跨空间结构受到的地震作用是多点多维的,结构受力情况十分复杂。首先介绍了多点多维输入地震反应分析的基本原理,采用时程分析法对合肥南站大跨空间结构进行多点多维输入下的地震响应分析,并与一致输入下的结构响应进行了对比,考查了两种输入方法下结构扭转效应和内力变化的特点,并进行了对比分析,最后得到结论:对于大跨结构,多点输入带来的影响是比较大的;在不同方向地震输入下,多点输入下结构的扭转效应和内力变化相比一致输入下的扭转效应和内力变化,有的增大,有的减小;多点输入影响较大构件一般为边柱、角柱;且多点输入的影响随着楼层的升高而减小。

利用多点多维地震反应谱法对大跨支承结构响应的研究

大跨结构的地震动反应需要考虑多点输入下的行波效应。本文用反应谱的方法,详细研究了多点多维地震动的影响。文中给出了相关公式的推导,公式中除考虑多点多维地震动外,还同时考虑了动力反应与拟静力反应的耦合。针对一个大跨结构算例,计算了在不同地面视波速下,其在各个方向激励下产生的柱底动力弯矩和拟静力弯矩值,并将结果与一致输入反应谱法的情况作比较。根据不同工况下的柱底总弯矩分布,本文重点分析了视波速、是否考虑多维度和是否考虑动静耦合项这三个因素对结构反应的影响大小。

多点多维地震反应谱法在丰台站工程中的应用

大跨结构在多点多维地震输入下的响应求解问题,需要考虑很多因素。这些因素既包括地震动的特性,如多维及空间相关性等,也包括结构响应的复杂性,如需要分解为动力反应及拟静力反应等。这些因素往往不是独立的,具有耦合性。本文结合北京丰台火车站改建工程,通过有限元软件计算求得各个参数,再利用数值分析软件组合得到部分构件在多点多维地震动下的单元内力,并与单点多维反应谱及多点多维时程分析法得到的结果作比较,验证结果的合理性和准确性;同时还研究了不同传播方向对最后结果的影响。结果表明,多点多维反应谱法在实际工程中应用是完全可行的。

基于虚拟激励法的超多点多维激励下管路简化疲劳寿命分析

针对超多点随机振动边界条件下传统随机振动模块计算规模不适用,且传统疲劳寿命分析方法受建模工作量大制约而无法快速完成疲劳寿命分析的问题,本文基于虚拟激励法提出了一种针对管路系统的超多点多维激励的简化疲劳寿命分析方法。通过对比虚拟激励法和传统随机振动模块计算的结构动力学响应,验证虚拟激励法的适用性,并使用管路简化疲劳寿命分析方法和传统疲劳寿命分析方法分析直管结构和三通连接位置的疲劳寿命。结果表明,虚拟激励法计算的随机振动响应精度与传统随机振动模块一致,说明本文方法可突破传统随机振动模块对振动激励点数和频率点的限制;本文方法无需建立详细有限元模型,直管结构的应力及寿命分析结果与精细模型基本一致,三通连接位置的应力及寿命分析结果相比精细模型更加保守。本文研究可为复杂振动管路系统的快速疲劳寿命分析提供理论指导。

广州白云国际机场三号航站楼结构抗震设计

为确保重大建设工程满足地震时正常使用建筑的要求,研究了广州白云国际机场三号航站楼的抗震性能。通过抗震性能设计,确定花冠状分叉柱大震弹性性能目标,结合超长结构的多点多维地震响应分析,研究行波效应对主体结构的影响并确定相应的加强措施,边柱和角柱的地震力放大系数取1.3,中柱取1.1。计算结果表明,结构在1.5倍设防地震作用下,最大弹性层间位移角不大于1/300,满足地震时正常使用的抗震性能要求。

行波效应下大跨度多塔斜拉桥随机地震响应研究

鉴于大跨度多塔斜拉桥塔多、跨径大、结构体系复杂及空间耦合效应明显等特点,论文对嘉绍跨江大桥进行多点多维随机地震响应分析。研究结果表明,与一致激励相比较,考虑行波效应后结构的内力和位移均方根响应均明显减小,对结构抗震设计有利;同时也得到了一些嘉绍大桥特有的响应特征:纵向限位约束增加塔柱内力响应,刚性铰对多塔斜拉桥静动力特性均产生有利影响。

石家庄国际会展中心地震动多点输入研究

石家庄国际会展中心中央大厅东西向沿轴线长约800m,属超长结构。采用大质量法对其进行了地震作用的多向、多点、多维输入分析研究,主要考察行波效应对整体结构反应的影响,以及对地上钢结构树形柱和Y形柱、框架柱与折板网架间的撑杆以及折板网架间的空间倒三角联系桁架杆件内力的影响。分析结果表明,地震动多点输入明显降低了地上整体钢结构的基底剪力反应,增大了各段钢结构的扭转反应。除折板网架外,地上钢结构的轴力及剪力平均超载比为1.2,弯矩的平均超载比为1.1～1.2。1段联系桁架的轴力、Y向弯矩和Y向剪力以及3段框架柱与网架间撑杆的双向剪力的平均超载比为1.3～1.4。

昆明新机场航站楼工程结构设计介绍

昆明新机场为大型枢纽机场,国家重点工程。航站楼南北长约855m,东西宽约1 132m,下部结构采用钢筋混凝土框架结构,支撑屋顶的结构采用"彩带"形钢结构,航站楼一期总建筑面积约54.83万m2。建设场地位于世界上活动级别最高的小江断裂带附近,属高地震烈度区,跨越多个地貌单元,地形起伏,岩溶非常发育,多条断层从场区穿过,场地填筑厚度差异大,地基极不均匀。航站楼的结构复杂,针对特殊的地震和地质条件,在航站楼的前中心区(324m×256m)采用了隔震技术。航站楼工程属于超长型结构、屋架支承结构采用形式独特的钢彩带结构,围护结构采用了不规则索幕墙结构等,针对以上关键问题,设计中采取了有效的结构措施,解决了工程中的各种困难。

天狮大学城市体育场结构设计

天狮大学城市体育场地下室为整体,地上混凝土结构通过5道永久结构缝分成5个独立单元,屋面钢结构南北向380m长不设缝,5个独立单元通过屋面钢结构形成连体结构。屋面钢结构采用单层网壳体系,其中体育馆上空局部为双向正交桁架。详细介绍了结构体系和项目特点;针对超长混凝土结构进行了温度应力分析;详细介绍了结构抗震性能化设计过程;通过多点多维时程分析,研究了行波效应对超长钢结构及周边混凝土竖向构件的影响;通过大震动力弹塑性时程分析,研究了结构的动力特性和抗震性能。结果表明,结构满足抗震性能化设计目标。

重庆国际博览中心多功能厅结构设计

重庆国际博览中心多功能厅总建筑面积为8万m^2,平面尺寸为216m×261m的矩形。中央大厅钢屋盖采用双向正交平面桁架体系,结构跨度为117m。详细介绍了结构体系和项目特点;针对超长结构进行了温度应力分析;通过多点多维时程分析,研究了行波效应对大跨钢结构及周边混凝土竖向构件的影响;对钢屋盖进行了中震弹性验算、抗连续性倒塌验算,并对主桁架关键相贯节点进行了应力分析,确保了屋盖结构的整体安全。