波谱单元法在空间桁架地震响应分析中的应用

针对传统波谱单元法(SEM)只能用于求解节点集中荷载作用下结构动力响应问题的不足,提出了一种通过计算地震等效波谱节点荷载求解桁架结构地震响应的方法。基于虚功原理,利用波谱形函数积分得到地震等效波谱节点荷载的显式表达式,通过修改波谱单元法中单元刚度矩阵的波数,考虑了阻尼对结构动力特征的影响,采用数值拉普拉斯(Laplace)变换替换快速傅里叶(FFT)变换,回避了传统波谱单元法中FFT的周期性问题。利用地震荷载等效后的波谱节点荷载对三维空间桁架结构进行地震响应分析,结果表明,采用本文的方法能方便的计算桁架结构的地震等效波谱节点荷载,精确求解结构的地震响应,与传统有限元法(FEM)相比,大大减少计算单元数量,提高计算精度,且便于编程计算。

移动荷载作用下桥梁动态响应的波谱单元法

现有的波谱单元法都是应用于荷载作用位置固定不变的问题,本文将波谱单元法推广到移动荷载作用下桥梁的动态响应问题。基于能量原理,在频域内通过波谱形函数将作用在桥梁上的移动荷载等效为桥梁端部位置固定不变的节点集中荷载,利用等效后的节点荷载求解移动荷载作用下桥梁的动态响应。将波谱单元法的结果与有限元Newmark法、精细积分法及解析解进行对比,数值分析结果表明,推广后的波谱单元法能有效求解桥梁受移动荷载作用的动态响应问题,大大减少计算单元数量,提高计算效率,且具有很高的计算精度。

基于波谱单元法的结构动力响应分析

通过修改波谱单元法中单元刚度矩阵的波数,在既有波谱单元算法基础上引进了结构外部粘滞阻尼和内部粘弹性阻尼.采用拉普拉斯变换替代快速傅里叶变换,克服了基于快速傅里叶变换的波谱单元法主要用于分析无限长和半无限长结构的局限性.数值计算结果表明:考虑了外部粘滞阻尼和内部粘弹性阻尼后,采用波谱单元法仍能十分简便地计算结构的动力响应,并大大减少单元数量,提高计算效率.对于文中算例,相比于有限元法,波谱单元法在精度大幅提高的情况下,计算时间至少节约了50%.