地震动位移与加速度输入模型差异研究

为明确采用数值算法时地震动位移与加速度输入模型间的差异及产生原因,研究位移输入模型在水工大坝地震响应分析中的适用性。本文在一致输入和只考虑平动自由度基础上,首先研究两种输入模型平衡方程的差异,并结合Rayleigh阻尼模型探讨阻尼矩阵对结果的影响;然后选取多自由度体系定量分析输入模型间的差异,研究阻尼比变化对两种输入模型的影响。结果表明:位移与加速度输入模型间的差异源自阻尼矩阵与地面运动速度确定的激振力;阻尼比为0.05时,Rayleigh阻尼的质量比例部分带来的差异约为刚度比例部分的7~10倍;两种输入模型间的差异随基频和阻尼比的增加而增大。水工大坝结构在采用位移输入模型进行地震响应分析时,须对误差情况进行预估或测算,避免出现不合理的计算结果。

充满类脑弹性材料的刚性球壳旋转加速度的精确解

头部无触点旋转冲击,例如颈伤,在数学上被摸拟为绕对称轴作加速旋转的装有纯弹性材料的刚性球壳。我们在本文中得到了波传播的精确解。并借助于拉普拉斯变换方法求解了外壳表面受有矩形角度冲击问题的无量纲基本方程。此外利用方程的双曲特性得出了无量纲应力并通过移位理论得到反演。本文还给出了应力分布和应变能量密度分布以及应力的格林函数,即外输加入的角加速度取狄拉克δ-函数的形式.用卷积积分计算出壳内弹性材料对任何一般的加速度冲击的反应的特性曲线.对于单位冲击输入的各种情况的最大切应力的大小及定位作了比较.矩形冲击按其大小与加速度持续时间的乘积等于1而改变.本文证明了当加速度冲击的持续时间增加时最大的应力值从中心区域向球壳表面移动。对于外加的单位阶跃角加速度输入,应力最大值发生在无量纲时间为2时球壳表面。利用对应原理可以把这个解推广,用来确定含有粘弹性物质的球壳的反应.

基于位移输入模式时程分析的动力平衡方程求解及工程实例

首先对时域分析中位移输入模式的必要性和研究现状进行了概要展开,然后对于基于位移输入模式时程分析动力平衡方程的求解进行了推导,对其在实际工程应用中不可回避的位移地震动时程记录的获得和处理等技术问题进行了研究并提供了两条位移地震动处理实例,最后对某超高层实际工程案例分别采用位移地震动输入模式和加速度地震动输入模型进行了弹性时程分析,为保证结果的可靠性,地震动分别采用单向输入和双向输入两种方式并对其整体地震响应进行了对比分析,结果表明:基于加速度时程记录进行积分且经过合理处理的位移地震动采用位移输入模式进行弹性时程分析时,无论采用地震动单向输入方式还是双向输入方式,其地震响应与采用与其同源的加速度地震动采用加速度输入模式的结果几乎一致,误差很小,完全可满足实际工程设计与分析之精度要求。

车桥耦合动力分析中地震动输入模式的研究

依据地震作用下车桥动力相互作用的特点,建立地震-车-桥简化耦合模型和多自由度耦合模型,进行理论推导,研究采用地震动位移输入、加速度输入模式进行考虑地震作用的车桥耦合动力分析的特点和适用性。以8辆车编组的高速列车通过3跨钢桁拱桥为研究对象,考虑行波效应,进行地震动位移输入和加速度输入2种模式下的车桥耦合动力响应的数值计算对比分析。研究结果表明:位移输入模式对于所有轮轨关系均能适用;而加速度输入模式仅适用于轮轨关系为线性的情况,并且需要考虑拟静力分量对车桥耦合系统的影响;对轮轨关系为非线性的情况,采用地震动加速度输入模式,在车速超过80m.s-1时会导致耦合系统动力响应被严重低估。

桥梁抗震分析中的激励输入模式研究

本文研究桥梁抗震分析中激励的输入模式。针对加速度、位移两种输入模式的特点、实现方法以及适用性进行对比分析。分析结果表明,若积分方法和步长相同,在有限元分析模型中加速度输入模式较位移输入模式容易获得更好的精度;而在模态分析模型中则得到相反的结论。为减小误差,模态模型中位移输入模式的模态力宜由等效分布荷载形式计算。实测地震加速度时程需要修正才能得到一致化的位移时程,在总结各类时域修正方法的基础上,本文提出一种频率内校正方法。

跨断层桥梁非一致激励输入模型适用性研究

为研究适用于跨断层桥梁的地震动输入分析模型,以1座跨断层桥梁为例,分别计算了非一致激励位移输入模型和大质量法加速度输入模型的地震响应,探讨了2种输入模型的适用性及模型误差产生原因。结果表明:位移输入模型可考虑永久地面位移对结构地震响应的影响,能够真实反映跨断层桥梁在地面运动结束之后桥墩具有的残余内力和变形,适用于跨断层桥梁非一致激励地震响应分析,而大质量法加速度输入模型对此无法考虑,可能导致不合理也是不安全的计算结果;在运用通用有限元计算软件进行加速度输入模型多点激励分析时,应首先核查与拟输入加速度时程对应的位移时程是否存在永久地面位移,若存在永久地面位移,则建议改为位移输入模型进行计算,否则将可能得到失真的计算结果。

基于推覆分析的输入地震动加速度记录核定准则

反应谱理论的数学模型是平稳高斯随机过程,反应谱法确定的线性地震反应具有统计意义上平均的数学意义。推广到非线性分析,推覆分析得到的目标位移及层位移曲线等物理量同样具有统计意义上平均地震反应的数学意义。由于地面运动的不可预测性及其动力非线性分析结果的离散性,对于标准设防类和重点设防类建筑物,笔者认为核定1,2条使结构非线性行为能满足统计平均意义的地震动记录作为输入地震动是可以接受的。按此设防原理,提出应用推覆分析的层位移或层间位移曲线作为准则来核定输入地震动加速度记录的理论,并成功地应用于超限高层建筑的抗震性能评估中。

开发车辆可靠性试验的研究

为了准确地确定开发车辆的试验场可靠性试验模式,文章通过检测车辆行驶时路面对车辆产生的输入加速度,来计算车辆的疲劳受害度和相对标准可靠性路面的不同路面负荷倍率,并分析路面、载荷和速度对疲劳受害度和负荷倍率的影响,确定开发车辆的设计目标里程和试验场可靠性试验里程的相互关系。该方法对科学有效地进行开发中车辆的可靠性试验具有一定意义。

地震地面运动作用下结构反应的分析模型

比较了地震地面运动作用下结构反应分析的位移输入模型和加速度输入模型,并对利用这两种模型进行时程分析的数值计算方法进行了讨论。数值计算结果表明,若采用相同的数值积分方法和积分步长,位移输入模型可获得比加速度输入模型更高的计算精度。没有得到某些文献中的结果,即直接利用地面运动位移作为激励会带来更多的误差,欲得到较好的计算精度需采用更小的激励步长和积分时间步长。位移输入模型不仅形式简单、计算方便,而且是分析地震地面运动作用下多点支承结构反应的有效模型。

多点复杂载荷作用下结构振动仿真与试验研究

多点复杂载荷激励作用下舰船等结构的振动响应问题是进行声辐射问题求解的前提。以安装于基座面板上的激振电机作为激振源,振源与基座面板通过力传感器进行多点连接,分别使用力传感器和加速度计测量激振电机运转时输入至结构的激振力和安装点处的加速度值。采用MATLAB和LabVIEW两种编程语言混合编程,考虑相位差的影响,结合有限元法获取的传递函数,对多点激励下的振动响应进行仿真和试验研究。并探讨了结构在力型输入和加速度型输入条件下,多点激振的振动响应求解方法,试验研究的结果验证了多点激振时传递函数理论计算结果的正确性。对比研究结果表明采用力型输入所得结果与实验结果符合最好,且影响加速度型作为输入条件求解振动响应精度的因素多,并非参与运算的通道越多所得结果越好。

高层钢—混凝土混合结构抗震分析的耐震时程方法

本文以一典型的钢-混凝土混合结构为研究对象,应用耐震时程法(ET法)对其进行抗震分析计算与评估,并将计算与评估的结果与一般动力时程分析(THA)方法、增量动力弹塑性时程分析(IDA)方法、模型振动台实验方法得到的结果进行了对比。同时,进一步探讨了ET法计算中输入加速度时程曲线生成的不确定性及其对钢-混凝土混合结构抗震性能评估的影响。结果表明:ET法的结构抗震性能评估结果较THA方法更为可靠,采用结构各楼层的最大层间位移角或结构的最大顶点位移作为指标可以得到与IDA方法相当的地震损伤评估结果,并且计算效率大幅度提高。此外,初始波的选取对输入地震动加速度时程曲线生成的影响不能忽略,建议采用4条以上输入人工波进行耐震时程计算并取其极值或均值作为结构抗震性能评估的依据。

地震多点反应谱模型存在缺陷的改进与验证

推导出基于位移和位移-速度输入模型的多点反应谱。阐述了基于位移输入模型所导出反应谱的缺陷及其逻辑必然性,说明了基于加速度模型导出的多点反应谱计算结果有效的偶然性、必然性及其适用范围,并给出数值算例予以验证。分析表明：基于位移-速度导出的多点反应谱理论严格;基于位移输入模型导出的多点反应谱会导致底部单元内力不收敛,计算结果不合理;基于加速度输入模型导出的多点反应谱结果虽然有效,但适用于经典阻尼体系,在推导过程中的忽略项在理论上具有误差相互抵消的特点。

考虑主体结构地震反应的建筑幕墙振动台试验方法

分析建筑幕墙地震作用机理,提出考虑主体结构地震反应的振动台试验方法,并以某超高层建筑内层玻璃幕墙体系为实例说明该方法的具体应用。通过数值模拟和模拟地震振动台试验相结合的方法,分析主体结构各楼层在不同水准地震作用下的加速度和位移反应;将主体结构地震反应包络值作为输入,对典型幕墙单元进行模拟地震振动台试验。研究不同加速度和位移输入对幕墙单元动力特性与动力反应的影响规律,探讨影响幕墙抗震性能的主要因素及薄弱环节。分析结果表明,不同加速度和位移输入对幕墙单元地震加速度反应有较大影响,位移输入对幕墙试件的动力特性的影响较为显著;该超高层建筑幕墙试件的加速度放大系数远大于现行规范的规定取值,即基于主体结构的地震反应对超高层建筑幕墙的抗震性能进行评估是非常有必要的。

跨断层铁路桥梁地震反应分析方法研究

跨断层地震动的特点通常为方向性效应和滑冲效应。由于实测断层特征地震动较少,因此,人工合成跨断层地震动不失为一个很好的选择。模拟跨断层地震动输入时,可分别模拟低频时程和基于设计反应谱合成地震波的高频时程,并将两者叠加得到跨断层地震动。根据跨断层桥梁地面运动特征的特殊性,既要考虑地震地面运动随时间变化的特性,也要考虑随空间变化特性。可分别建立加速度输入模型和位移输入模型,最后比较两种不同模型输入下的地震响应,选择适合跨断层桥梁的地震动输入方法。

结构地震响应计算模型的比较与分析

回顾并比较了地震动激励下计算结构响应的位移输入模型和一致加速度输入模型,详细地讨论了由于阻尼项忽略不同导致两种输入模型的本质差别,分析了由此对计算结果产生的影响,并通过数值算例说明该影响不容忽视,进而建议在比较地震动多点激励与一致激励下的结构反应时,一致激励应采用位移输入模型而不是一致加速度输入模型,从而可避免由于两种模型本身阻尼项忽略不同对计算结果产生的影响。此外,指出了振型叠加方法在严格理论上不适用于位移输入模型。