基于C-P谱分析设置支撑的广义Maxwell阻尼器系统完全非平稳地震响应

对设置支撑的广义Maxwell阻尼单自由度减震系统完全非平稳随机地震响应问题进行了系统的研究。首先,建立设置支撑广义Maxwell阻尼器的等效本构关系,用积分微分方程实现结构时域非扩阶建模;然后,采用传递函数法,直接在耗能结构原始空间上获得减震系统在任意激励和非零初始条件下结构位移、速度和阻尼器受力、受力速率的时域瞬态响应解析解;最后,基于地震动的强度非平稳和频率非平稳,采用Conte和Peng所提出的完全非平稳地震动功率谱模型,获得减震系统的结构位移、速度和阻尼器受力、受力速率的完全非平稳响应解析式。所获得的结构系统时域瞬态响应解析解和完全非平稳地震响应解析式,可为建立结构系统各构件抗震动力可靠度和基于模态叠加的反应谱抗震设计法提供分析路径。

黏弹性隔震系统非均匀与完全非平稳地震响应解析分析

为建立设置支撑的实用黏弹性阻尼器耗能结构及阻尼器系统的抗震动力可靠度分析方法,提出了在非扩阶空间上,基于非均匀和完全非平稳地震激励下,设置支撑的实用黏弹性阻尼器耗能隔震系统响应的通用解析解。对于设置支撑的实用黏弹性阻尼器做等效变换,并建立隔震结构系统的运动方程,在非扩阶空间上获得系统在任意激励和非零初始条件下瞬态响应的非正交模态叠加精确解。基于地震动的强度非平稳和频率非平稳,获得了耗能隔震结构位移、速度,阻尼器受力、受力速度,支撑位移、速度以及阻尼器位移、速度的非平稳均方响应通用解析表达式,并具体得到经典均匀与非均匀调制非平稳随机地震激励和C-P完全非平稳地震动功率谱模型的具体响应解析解。通过结构系统各响应基于该方法的频响函数与直接求解的频响函数对比验证了该方法的正确性。该分析方法的建立为设置支撑的实用黏弹性阻尼器耗能结构及阻尼器系统的抗震动力可靠度分析乃至抗震设计方法的研究提供了一套新的分析途径。

完全非平稳地震动演化功率谱模型及其工程应用

基于平稳地震动过程的过滤白谱功率谱模型,提出一种能够实现时变谱能量描述的完全非平稳时变功率谱参数化模型,并通过参数识别获得具有工程意义的模型参数。采用基岩滤波器对K-T谱进行修正,使得时变谱参数具有明确的物理意义,并更加符合基岩地震动的物理特性;基于广义谐和小波变换得到地震波的时频分布,并通过Spanos-Tratskas方法估计出实际地震动的目标时变功率谱,引入遗传算法及二次优化技术,拟合时变参数的数学表达式,建立完全非平稳的地震动时变功率谱模型,模型参数识别过程采用了日本KIK-net强震数据库,并将其按照我国场地类别重新分类,最后验证该模型的有效性与适用性。该文提出的地震动随机模型为更加准确地描述地震动提供了参考,并为完全非平稳地震波的生成提供了依据。

一般线性黏弹性阻尼器保护系统非均匀与完全非平稳地震响应解析分析

为建立设置支撑的一般线性黏弹性耗能结构阻尼器保护系统的抗震设计和动力可靠度分析方法,提出了在非扩阶空间上,基于非均匀和完全非平稳地震激励下,设置支撑的一般线性黏弹性耗能结构阻尼器保护系统响应的通用解析解。采用设置支撑黏弹性阻尼器的最一般积分型分析模型,用微分积分方程组实现设置支撑的一般线性黏弹性阻尼耗能结构系统的非扩阶建模;采用传递矩阵法,直接获得耗能结构阻尼器保护系统在任意激励和非零初始条件下瞬态响应的非扩阶模态叠加解析解;应用此解析解和随机振动频域分析法,获得了耗能结构阻尼器保护系统在一般和8种经典均匀与非均匀非平稳地震激励以及完全非平稳地震功率谱模型下的具体响应解析解。通过减震和隔震两种典型结构的复模态法和频响函数法的理论验证分析,以及均匀、非均匀、完全非平稳算例响应分析,证明了本文方法的正确性、简易性和普适性;所获得的瞬态响应解析解和非平稳地震响应分析法,一方面可对整体耗能系统各构件进行基于泊松假设的抗震动力可靠度分析,另一方面将为结构系统建立基于反应谱的模态叠加抗震设计提供分析路径。

基于正交Hilbert时变功率谱的多分量完全非平稳地震动模拟及验证

提出基于正交Hilbert时变功率谱的多分量完全非平稳地震动模拟方法,该方法在确定描述各分量间相关性的互协方差函数时,假定各分量采用一组相同的随机相位偏差。分别以EL Centro地震动加速度时程记录南北分量和Northridge地震Newhall台站实测三分量地震动加速度时程记录为单、多分量地震动时程模拟对象,模拟生成具有完全非平稳特征的单、多分量地震动时程;采用Hilbert时频谱、累积归一化Arias强度指标、加速度反应谱、Renyi熵和分形维数等指标验证模拟生成的地震动时程的有效性。研究结果表明:与基于Hilbert时变功率谱生成的单、多分量地震动时程相比,基于正交Hilbert时变功率谱生成的单、多分量非平稳地震动时程能更真实地描述实测地震动记录的强度和频率非平稳特性。

黏弹性耗能结构系统非均匀和完全非平稳响应的精细积分格式

为建立黏弹性耗能结构及其保护系统的抗震分析与设计方法,结合虚拟激励法对设置支撑的Maxwell阻尼耗能系统均匀与非均匀非平稳、完全非平稳随机地震响应的数值分析方法进行了系统研究。构造设置支撑的Maxwell阻尼耗能系统,通过扩阶方法建立结构动力方程;基于高效的虚拟激励法,提出了均匀与非均匀非平稳、完全非平稳响应的简谐-指数-多项式精细积分一般通用精确格式,得到了8种经典均匀与非均匀调制非平稳、完全非平稳地震响应的具体解析解,使计算结果不受步长影响;可得出耗能结构系统的均匀与非均匀非平稳、完全非平稳地震响应方差。通过算例分析表明该方法具有应用范围广、效率高、工程应用强的特点,为黏弹性耗能系统均匀与非均匀非平稳、完全非平稳地震响应分析提供了方法。

基于差异谱的完全非平稳地震波与目标谱一致的调整方法

提出了一种使地震波拟合目标反应谱的随机方法,该地震波同时具有完全非平稳特性。首先以实际地震记录为基础,对比其反应谱与目标反应谱得到差异谱,以差异谱为目标利用谱表现方法生成与差异谱吻合的差异地震波,并用对数正态分布的概率密度函数来表征地震动的强度非平稳特性,再叠加实际地震记录和生成的差异地震波得到与目标反应谱一致的完全非平稳地震波。由此得到的地震波频率非平稳特性比较接近实际地震记录,且其反应谱与目标反应谱吻合较好,可将其用于工程结构的抗震分析中。

完全非平稳地震作用下斜拉桥随机响应分析

为研究粘滞液体阻尼器对斜拉桥随机地震响应的影响,结合虚拟激励法和等效线性化法对某大型斜拉桥进行完全非平稳地震响应分析。建立斜拉桥三维有限元模型,功率谱输入采用Conte和Peng提出的完全非平稳功率谱模型,通过对粘滞阻尼等效线性化处理并采用虚拟激励法将非平稳随机振动求解问题转化为一个确定性的逐步积分的过程,最后采用Monte-Carlo法验证虚拟激励法计算结果的正确性。结果表明:虚拟激励法可以准确地计算此类完全非平稳地震响应;通过在斜拉桥适当的部位设置粘滞液体阻尼装置,显著减小了斜拉桥的非平稳随机地震响应,可以有效改善结构的抗震性能。

基于高斯函数的完全非平稳地震动多峰模型及其应用

地震动非平稳特征对非线性结构地震反应的影响不可忽视,并且地震动非平稳特征的准确描述对工程用人工地震波的生成也具有重要意义。在非平稳过程谱表现法的基础上,采用多个高斯函数叠加的包络函数对各频率分量进行调制,建立了一种更加符合地震动非平稳特征的多峰演变功率谱密度模型;基于广义谐和小波,利用Spanos-Tratskas方法计算实际地震动的演变功率谱密度,在预识别峰值相关参数的基础上采用遗传算法进行模型参数识别;选取KiK-net地震波数据库中近2 500条实际地表地震动记录,验证本模型的适用性,通过算例进行了实际应用。结果表明,所提出的多峰演变功率谱密度模型可以实现强度调制在各频率点的自适应性,特别是在中高频段能较好模拟地震动的多峰特征。通过基于高斯函数的多峰演变功率谱密度模型及其参数识别,将地震动的非平稳特征提取到模型参数中,使得地震动非平稳特性的研究可以通过对其参数的分析实现。所提出的模型可以为地震动非平稳特性的研究提供参考。

基于时变Kanai-Tajimi模型的爆炸地震动拟合

借鉴完全非平稳地震动的研究方法,将VLACHOS C提出的完全非平稳时变Kanai-Tajimi模型用于爆炸地震动的拟合。结合实际爆炸地震动对这两种模型进行分析验证,通过比较拟合爆炸地震动与实际爆炸地震动的加速度时间历程曲线、反应谱、强度包线、归一化累积能量以及累积穿零次数,从时域和频域两方面来分析拟合效果,通过研究表明,单峰时变Kanai-Tajimi模型更适合用于爆炸地震动的拟合。