非线性体系动力可靠性分析的等效Duffing体系法

等效线性化法是非线性结构体系的随机反应分析最常用的方法,但使用等效线性化法给出的反应结果进行结构动力可靠性分析会带来很大的误差。将一般非线性体系通过均方最小误差原则等效为Duffing非线性体系来进行结构动力可靠性分析。Duffing非线性体系可以通过FPK方程求得其稳态精确解析解,所以使用该等效非线性法进行结构动力可靠性分析不仅计算上方便可行而且精度较高。算例分析表明了等效非线性法分析结果可靠,且比等效线性化法的计算精度有明显提高。

单层索网等效非线性单自由度体系的地震反应研究

点式玻璃幕墙单层索网主要承受平面外荷载,而其平面外刚度依托于索预应力及其平面外变形的几何刚度,具有强几何非线性。针对其质量刚度均匀分布特性,为考虑几何非线性对其地震反应的影响,提出单层索网等效非线性单自由度体系(SDOF)的数学模型,指出可通过研究SDOF地震反应来研究平面单层索网的地震反应特性;建立单层索网的简化单质点体系的物理模型,研究影响其地震反应的关键因素,即刚度、几何非线性特性和动力特性;研究几何非线性单质点体系的地震反应特性,分析研究表明:具有三次刚度的几何非线性单自由度体系,在一定地震作用和阻尼下的反应谱可由线性周期和非线性因子双参数控制,为单层索网幕墙的抗震设计提供基础性理论参考。

索杆结构非线性地震反应分析的设计反应谱法

基于结构体系刚度概念,将索杆体系各主振型的荷载-位移关系表达为等效单自由度(ESDF)体系的受力-变形关系;将ESDF体系刚度表达为其位移的二次函数;运用随机等效线性化方法,将ESDF体系的非线性刚度等效为线性刚度ke,推导得出ke与ESDF体系位移响应d的关系式;联立刚度-位移格式的设计反应谱表达式及ke-d关系式,求解ke及d,得出整体结构地震反应.以六边形索杆结构为例,分别采用本文方法、时程分析法和线性振型叠加法计算结构位移响应,结果表明,本文方法所得结构位移值与时程分析值偏差仅为10.8%,精度明显高于线性振型叠加法.

带支撑粘弹性阻尼器弱非线性耗能结构的随机地震响应分析

为获得带支撑的粘弹性阻尼器单自由度弱非线性耗能结构随机地震响应的求解方法,利用积分型本构关系建立单自由度弱非线性耗能结构的运动方程,通过随机等效线性化法和等效阻尼原理将方程线性化,基于线性随机振动理论分析方法,推导出求解结构位移和速度响应值的解析方法和数值解.通过典型算例,验证了带支撑的开尔文型粘弹性阻尼器对于杜芬体系具有良好的减震效果,表明了所提方法的有效性;同时分析了阻尼器支撑刚度对此类弱非线性结构减震效果的影响,研究表明:支撑刚度越大,减震效果越好.

等效介电常数法研究带薄壳金属颗粒复合体系中的光学双稳

利用等效介电常数法,将带壳三组分颗粒复合体系等效成两组分颗粒复合体系,从而利用谱表示方法求解带壳层颗粒复合体系的空间局域场对外加电场的依赖.在Maxwell-Garnett近似下,研究了具有无规分布的带壳椭球颗粒非线性复合体系中的光学双稳特性.数值结果表明,光学双稳和双稳阈值强烈依赖颗粒的退极化因子.此外,我们还研究了复合体系的有效介电常数对外场的非线性依赖.

台风等效静风荷载作用下输电塔线体系极限承载力分析

台风引起的输电线路破坏情况屡有发生,为了研究台风作用下输电塔线体系的极限承载力,以实际发生倒塔事故的广东省某220 kV输电线路的塔-线体系为研究对象,结合台风风剖面和规范中的方法确定塔线体系的等效静力风荷载,考虑输电塔结构的材料非线性和几何非线性特征,通过有限元软件ANSYS在逐级加载条件下分析输电塔线体系的极限承载力,研究风向角、相邻塔的变形、导地线张力的变化对极限承载力的影响。结果表明:(1)通过逐级加载的方式可以较为方便的找到不同工况的极限荷载,确定出结构的最不利风向角;(2)塔线体系模型的选取会较大的影响计算结果,应尽量接近真实情况的选取模型,从而得到更为准确的分析结果;(3)导地线初始张力可以一定程度上提高输电塔线体系的极限承载力,在条件允许的情况下可以适当增加导地线的初始张力。

附加改进肘型斜撑阻尼器体系结构的简化设计与分析

介绍了阻尼器直接与梁柱节点相连的改进肘型斜撑阻尼器的安装方式,引入了这种阻尼器位移和力的放大系数表达式。为了便于工程应用,基于中国抗震规范设计反应谱提出了附加改进肘型斜撑阻尼器结构的简化设计和分析方法。在该设计方法中,阻尼器的阻尼系数按正比于其所在楼层层间模态位移的原则进行分配,以满足给定的性能水平要求。使用与设计反应谱相匹配的人工波对采用3种阻尼器安装方式的结构进行了时程分析,验证该方法的有效性。结果表明:与传统肘型斜撑阻尼器体系和对角斜撑阻尼器相比,改进阻尼器安装方式不仅能显著减少楼层位移反应,而且能降低楼层剪力需求。

基于能力谱法的SSI体系抗震pushover分析方法

本文首先经过2次等效将土与结构相互作用的多自由度体系等效为单自由度体系,并给出了修正反应谱和等价能力谱的确定方法,进而提出了基于能力谱法考虑土与结构动力相互作用(SSI)效应的结构体系pushover分析方法(SSIPA);然后对3种不同高度考虑SSI效应的结构体系在5条地震动作用下采用本文提出的方法进行了算例分析,将结果与非线性时程分析的结果进行了比较,研究了本方法的适用性和准确性;最后,与建筑抗震设计规范的设计反应谱相结合,对9层考虑SSI效应的钢结构用本文提出的方法进行了弹塑性地震反应分析,根据我国抗震设计规范的规定进行抗震性能的评估验证了本方法的可行性。

竖向参激作用下刚性滑动体系响应的稳态概率分布

运用等效非线性系统法推导了库伦摩擦刚性滑移结构在竖向高斯白噪声地面作用下响应的稳态合概率密 度函数的解析解。结果表明，竖向阻尼参激对水平稳态振动的影响不大。

非均匀介质球颗粒复合体系中的光学双稳

利用等效的方法推导了浸在基质中的带壳非均匀介质球颗粒的等效介电常数,将谱表示法引入到解决三组分以上的非线性球颗粒体系问题中,在非稀释极限下,对体系的有效介电常数和颗粒内部的局域场作了研究,探测了这类颗粒复合体系的光学双稳。

各向异性带壳柱形颗粒复合体系中的光学双稳

从Laplace方程出发,给出了在稀释极限下带各向异性壳的非线性柱形颗粒浸在基质中而形成的复合体系中的局域场与外场的关系。当核组分具有非线性电位移D和电场E关系时,探测了这类颗粒复合体系的光学双稳现象,讨论了颗粒结构参数和各向异性参数对双稳阈值的影响,并给出了体系的有效介电常数。

弱非线性系统下的耗能减震结构随机地震响应分析

本文研究了结构刚度弱非线性和滞变弱非线性的耗能减震结构的随机地震响应问题。首先利用整体本构关系建立单自由度弱非线性耗能结构的运动方程;然后结合带支撑黏弹性阻尼器的等效阻尼原理和随机等效线性化法对其进行等效;最后基于FPK(Fokker-Planck-Kolmogorov)方程法推导出结构刚度弱非线性耗能结构随机地震响应值的解析解,基于等效Duffing体系法推导出结构刚度滞变弱非线性耗能结构随机地震响应值的解析解,并对这2种方法的误差进行了分析。算例分析表明:计算结果可靠、有效;相较于现有的随机等效线性化法的求解方法,FPK法和等效Duffing体系法具有更高的精度。

地震作用特征对结构IDA曲线的影响分析

当前IDA曲线离散分析主要采用数值统计方法。为了从受力机理上对IDA曲线差异做出解释,通过反应谱正则化的调幅方法绘制结构等效弹塑性单质点的IDA曲线;并通过对实际结构的IDA曲线适当插值,以结构基底剪力和薄弱层层间侧移角为基准,比较了结构非线性发展沿高度分布特征差异。由此证明IDA曲线差异是由不同地震动的弹塑性谱特征差异以及沿结构高度作用分布特征差异共同构成。本文的分析在数值统计方法之外,形成了对IDA曲线离散特征分析新的分析思路。

能力曲线折线简化方法对比研究

将结构的能力曲线简化为二折线是确定结构的恢复力骨架曲线特征点(屈服点和屈服后刚度)、计算结构延性和等效阻尼比的关键。文中介绍了三种曾经建议的由结构能力曲线确定等效屈服点和屈服后刚度的方法,对三个框架结构算例采用上述建议方法计算的等效屈服力和屈服位移进行了对比分析,并以此屈服点和屈服后刚度作为等效单质点体系的恢复力骨架曲线,采用非线性动力时程分析法计算了等效单质点体系在罕遇地震下的最大弹塑性位移,通过与杆系模型非线性动力分析法计算的顶点位移对比,从而得到关于能力曲线简化方法的建议。

地震作用下结构目标位移简化计算方法的研究

进行推覆分析研究的目的就是要简化实际工程分析,并能真正的把它用于指导实际工程设计。本着这一宗旨,提出应用等效单自由度体系直接求多自由度体系在地震作用下目标位移的简化公式,同时就其中的一些修正系数的表达式及其取值进行了深入的研究;应用提出的简化方法,可以避免实际工程中复杂的弹塑性动力时程分析,提高工程分析的效率。

结构附加粘滞阻尼器的抗震设计

本文结合抗震设计规范反应谱,给出了一个附加非线性流体粘滞阻尼器结构的抗震设计方法。研究了非线性阻尼器的力学特性,引入了非线性流体阻尼器的等效线性阻尼比,给出了计算最大加速度时刻附加非线性流体阻尼器结构反应的荷载组合系数,提出了按阻尼力的水平力分量与楼层剪力成正比的原则分配阻尼器阻尼系数的方法。同时给出了基于抗震规范设计反应谱附加非线性阻尼器结构的设计流程,通过一个算例说明了使用该方法设计附加非线性粘滞阻尼器结构的全过程。算例分析表明,这种设计方法适合于手算,便于设计人员掌握,在初步设计阶段可以快速、有效地设计满足给定性能水平的附加非线性流体阻尼器体系。

基于标准化滞回能量谱的多层结构滞回能量估算方法

确定结构及构件的地震耗能是基于能量抗震设计的关键。根据等效单自由度体系的分析思路,将多层结构在地震作用下的能量平衡关系等效为第1阶振型SDOF体系的能量平衡关系。定义SDOF体系滞回能量除以地震峰值加速度的平方为标准化滞回能量,将SDOF体系能量平衡关系转化为标准化能量平衡关系。进而建立了等延性系数的标准化滞回能量谱理论。在此基础上提出了通过标准化滞回能量估算多层结构滞回能量的方法:(1)通过pushover分析和地震需求谱确定地震下系统的目标延性;(2)将系统的等效周期和目标延性代入等延性系数标准化滞回能量谱中确定标准化滞回能量;(3)通过标准化滞回能量值计算出多层结构的滞回能量值。通过一幢5层结构的算例分析,说明了滞回能量估算方法的操作程序,将估算结果与非线性时程分析的平均结果进行比较可知,估算结果较为准确,且偏于安全。

结构抗震中的静力弹塑性(pushover)分析方法

Pushover分析方法是逐渐得到广泛应用的一种评估结构抗震性能的简化方法,已被引入我国新的建筑结构抗震规范.本文介绍了pushover分析的基本原理和实施pushover分析的关键问题,最后选用三种水平荷载模式和非线性时程分析进行了比较.

双向地震激励下的两阶段多维Pushover分析

在模态Pushover分析方法中,由模态推覆力得到的结构力-位移关系只适合于该模态下的反应,不能合理反映结构整体在地震作用下的弹塑性发展过程。为此,针对双向地震激励下的多层偏心结构,提出了两阶段多维Pushover分析方法。第一阶段:通过双向地震激励下的模态多维Pushover分析结构在双向地震下的位移反应;第二阶段:利用第一阶段得到的组合模态系数建立新的推覆力模式,进行第二次多维Pushover分析,分析结构的弹塑性发展过程。通过算例分析表明:1)此方法能够较准确的估算结构位移沿楼层的分布特征;2)随着塑性反应和楼层数的增加,估算偏差随之增大;3)由组合模态推覆力模式的多维Pushover分析可以从整体上分析结构的弹塑性力-位移发展过程。