关于结构振型参与系数和振型贡献的分析

采用振型分解反应谱法求解多自由度弹性体系的地震反应时,为了在满足所需计算精度的前提下减少工作量,需要对振型数量进行合理的选择,而振型数的确定主要取决于结构各阶振型对总体反应的贡献。通过数学推导,对振型贡献及振型数量的选择问题进行了研究。首先,讨论了振型参与系数的性质,在此基础上给出了能够反映结构振型贡献参数的数学表达式,对这些参数的力学含义进行了解释,并给出了相关证明;其次,对有效质量法、振型位移控制法等基于不同振型贡献标准的确定振型数的方法进行了分析比较,指出了其合理性和不足。本文研究对进一步理解结构振型贡献和振型数的选择问题具有一定的理论意义。

大跨度屋盖结构脉动风振响应的振型能量参与系数

采用振型叠加方法计算大跨度屋盖结构的脉动风振响应时,计算结果的精度取决于振型的选取。在总结总背景响应、振型背景响应、振型共振响应的基础上,提出了背景响应和共振响应的振型能量参与系数的计算方法。按照振型能量参与系数的降序排列振型,分别计算背景响应和共振响应的累积振型能量参与系数。背景响应位移计算值的精度可通过背景响应振型参与系数及其累积参与系数来控制。共振响应累积振型能量参与系数则反映了参与计算的振型的共振响应总能量与背景响应总能量之比。

CQC方法中振型相关系数的简化

为了方便结构地震反应完全平方组合(OQC)公式的工程应用,建筑抗震设计规范对其进行了简化.重点讨论了振型组合公式中振型相关系数的参数变化规律和可能的简化途径,通过对两种简化方法进行对比和分析,提出了一种新的适用范围更广的简化公式.新的简化公式适用于自振频率接近、阻尼比差异较大的相邻振型响应的组合计算.

过滤白噪声地震动模型的CQC振型相关系数计算

当地震动模型为过滤白噪声时,通过频域有理分式积分,求完全二次型组合(complete quadratic combination,CQC)振型相关系数的闭合表达式将变得困难和不实用.本研究提出将传递函数转化为状态空间方程,通过求解Lyapunov方程得到振型相关系数的方法,且通过用Kanai/Tajimi模型验证了方法的有效性.该方法可推广到常见的过滤白噪声地震动模型,避免了频域有理分式积分闭合解的冗长公式,计算量小,可靠性好,是精确解.

关于建筑结构地震反应分析中振型参与系数物理意义的讨论

本文对现行出版物关于振型参与系数物理意义的阐述提出了重要的商榷意见，对该问题确立了新的角度，提出了不同的表述。

基于一阶振型参与系数等效的减隔震桥梁地震反应简化分析方法

为了提高减隔震桥梁简化体系的精度,提出了基于一阶振型参与系数等效的简化方法,采用双自由度体系来模拟桥墩,保证简化前后桥墩结构的一阶振型质量、一阶振型刚度和一阶振型参与系数一致。为了说明该方法的合理性,分析了不同简化方法得到的减隔震桥梁前两阶动力特性,并采用非线性时程分析方法,对比了不同墩高下该方法与其他简化方法的响应误差。结果表明:相比其他简化方法,本文提出的简化方法前两阶动力特性与原结构更接近,且地震响应误差更小。

隔震结构振型参与系数与有效质量系数的研究

为了研究隔震层对整个隔震结构和上部结构的有效质量系数的影响,对双质点以及多质点隔震结构和其上部结构的振型参与系数以及有效质量系数进行了计算机模拟分析.分析表明:无论双质点还是多质点隔震结构,当隔震结构有效质量系数达到0.9时,隔震层上部结构的有效质量系数大于0.9,在隔震层上部结构计算时其有效质量系数应相应地提高.

振型参与质量系数详解

现行抗震规范和高规都有这个系数,并牵涉到其他几个概念。

应变模态振型获取的一种简便方法

根据应变模态分析原理,定义了一个新的应变模态振型系数,提出了基于应变响应获取结构应变模态振型的一种简便方法,并通过简支梁实验进行了验证。研究结果表明,采用该方法无需测量位移模态,仅需采用单点激励,用电阻应变计测量结构上各测点的应变响应信息,即可获得被测结构应变模态振型,大大简化了应变模态在工程结构损伤识别中的实验检测分析过程。

高墩梁桥考虑墩身高阶振动的水平向主导振型

规则中、低墩梁桥的水平向动力特性主要取决于对应方向的基本振型,因而可近似按单自由度体系对其进行抗震性能研究和抗震设计。而高墩梁桥由于墩身质量参与和高阶振型影响,其动力特性较为复杂,难以借用单自由度体系模型进行抗震分析和研究。为进一步了解高墩梁桥的动力特性和地震反应特点,将高墩梁桥简化成单墩-质点体系模型,考虑墩身质量参与和高阶振型,分别研究墩高、墩顶集中质量和梁-墩质量比等参数对体系水平向主导振型分布的影响,提出梁-墩质量比是决定单墩-质点体系水平向振型质量参与系数的主要因素,并通过曲线拟合给出了二者间的函数关系式;再利用反应谱方法计算体系在不同地震动输入下的墩底内力和墩顶位移,分离出前几阶水平向振型对体系地震反应的贡献率,依此给出因计算目标而异的选取单墩-质点体系水平向主导振型的合理判据。

基于振型的构件位移分解及规律研究

为了清楚分析结构的荷载效应,可将位移向振型方向投影,计算位移在各个振型中所占比重.增加对结构变形有利振型位移所占比例,降低对结构变形不利振型位移所占比例.提出位移展开所需振型量确定方法和位移和应变、应力及内力用振型展开的相关表达式.通过对普通梁、适中柱及深受弯构件和短柱位移展开,得到梁柱荷载效应的一般规律.

高墩梁桥的水平向主导振型理论分析

单自由度模型被广泛应用于规则中、低墩梁桥的抗震分析和设计,而高墩梁桥由于墩身高阶振型的影响,有必要发展多自由度甚至分布参数体系的简化分析模型和方法。基于分布参数欧拉梁理论对单墩-质点体系进行解析推导,分析了体系动力特性和振型质量分布的控制因素和规律,从纯解析角度更为严格的证明梁-墩质量比是决定体系水平向振型质量参与系数的主要因素。解释了已有数值分析结果给出的统计规律,纯解析给出比已有数值拟合公式精度更高、适用范围更广的分析公式,探讨了高阶振型的影响,最后给出手算评估等效单自由度模型有效性的建议公式。

大跨度斜拉桥地震反应谱分析中计算振型数研究

《公路桥梁抗震设计细则》规定:进行多振型反应谱分析时,所考虑的振型数应在计算方向上获得90%以上的有效质量。为了研究这条规定在大跨度斜拉桥中的适用性,在介绍推导振型参与系数、振型参与质量系数和振型贡献系数的表达式并比较物理意义的基础上,建立了苏通大桥模型,对上述三个物理量在振型中的分布规律进行了对比分析,同时,根据不同方向的振型参与质量系数达到90%确定不同的计算振型数,进行反应谱分析并分析误差。结果表明:上述规定是合理的,并且对于受水平向与竖向地震联合激励的大跨度斜拉桥,应以竖向振型参与质量系数达到90%所确定的振型数作为计算振型数进行反应谱分析。

结构声腔耦合系统的振型耦合特性分析及应用

推导并验证了带-柔性壁面的矩形刚性腔体结构的内部声压表达公式和一种振型耦合系数的有限元计算新方法。深入分析了振型耦合系数的特点,发现影响振型耦合系数的主要因素是结构声腔在耦合面上的振型相似程度和复杂程度,它们进而影响结构声腔振型耦合的强弱。本文基于振型耦合系数的特点,成功控制了某轿车车内噪声,使得驾驶员右耳测点噪声降低5dB,为轿车车身低噪声设计提供了一种有效可行的新方法。

大跨度屋盖结构脉动风振响应的参与振型

为了选取大跨屋盖结构脉动风振响应的主导振型,提出了振型能量参与系数及其累积参与系数的计算方法.在总结振型背景响应、振型共振响应的计算方法的基础上,给出了脉动风荷载在背景响应及各振型背景响应上做功的平均值,提出了背景响应振型能量参与系数计算公式和主导振型的选取方法;给出了振型共振响应内能的表达式,提出了共振响应的振型能量参与系数的计算公式和振型选取方法.数值算例表明,振型位移响应对总位移响应的贡献大小符合振型能量参与系数之间的相互关系.背景位移响应的计算精度可通过背景响应振型参与系数及其累积参与系数来控制,而共振响应累积振型能量参与系数则反映了参与计算振型的共振响应总能量与背景响应总能量之比.

结构声腔耦合系统的振型耦合机理研究(英文)

轿车车内200Hz以下的低频噪声非常恼人,它主要是由结构振动引起的,所以研究结构声腔的耦合机理非常重要。而结构声腔的耦合主要包括振型耦合以及频率耦合两个方面,其中振型耦合可用振型耦合系数描述。首先基于腔内声压计算公式,获得了仅适用于规则结构或者声腔的振型耦合系数的解析计算公式。而对于不规则对象,推导并验证了一种振型耦合系数的新的数值计算方法。然后重点分析了某简单结构声腔耦合系统的振型耦合系数特征,发现结构声腔的振型相似系数和振型复杂系数是影响振型耦合系数的关键,振型相似系数越高、振型复杂系数越低,则振型耦合系数越大、结构声腔耦合程度越强,这就是某简单结构声腔耦合系统的振型耦合机理。

大跨径悬索桥反应谱分析时应考虑振型数量研究

在使用多振型反应谱法进行抗震分析时,应先确定应该考虑的振型数,以减小计算工作量。通过某大跨径悬索桥算例,分析了不同振型参与质量系数下的反应谱计算结果。计算结果表明:对于大跨径悬索桥,规范给出的90%法则对于水平向的地震动能满足要求,且具有较高的精度;对于竖向地震的反应结果,尤其是轴力响应结果波动大,应该考虑更多的振型数计算。

考虑高阶振型的工程地震动选取方法

抗震时程分析首先要确定地震动输入,合理的地震动输入是保证设计结果准确可靠的必要条件。提出考虑多阶振型影响的工程地震动选取方法,即计算单条地震动输入下,结构主要周期点处的加速度反应谱值;将各加速度反应谱值与反映场地特性的设计反应谱值的偏差,按各周期所对应的振型质量参与系数加权平均;控制加权平均偏差值即可选取出满足要求的工程地震动。以某高层办公楼为例验证了该方法的有效性。

有效质量法确定合理振型数的探讨

为了明确有效质量法控制振型截断的物理本质,从力的响应和能量的角度进行了两种数学推导,揭示了有效质量法的控制公式,阐明了其物理意义,得出有效质量法有很强的实用价值的结论,值得推广应用。

梁柱尺寸对节点核芯区振型参与度的影响分析

梁柱节点是结构受力中十分复杂的部位,不合理设计往往会导致结构破坏。本文采用有限元方法模拟节点核芯区的受力性能,指出混凝土规范中关于普通梁和深受弯构件以跨高比等于5以及适中柱和短柱以剪跨比等于2进行划分是偏于保守的。同时分析结果表明,在框架结构中,柱对结构力学性能影响大于梁的影响。