设置支撑的广义Maxwell阻尼耗能系统非均匀非平稳地震响应分析

针对设置支撑的广义Maxwell阻尼耗能系统,结合虚拟激励法,构建了均匀与非均匀非平稳地震响应的数值分析方法。首先,构造设置支撑的广义Maxwell阻尼耗能系统,通过扩阶方法建立结构动力方程;然后基于高效的虚拟激励法,获得了非均匀精细积分较一般精确格式;最后解出广义Maxwell阻尼耗能系统的均匀与非均匀非平稳地震响应方差。通过算例验证本文方法的正确性,该方法具有应用范围广、效率高、工程应用强的特点,为黏弹性阻尼耗能系统在非均匀非平稳地震激励下的响应分析提供了方法。

非平稳随机地震激励下多层框架-摇摆墙结构的响应分析

框架-摇摆墙是一种可有效提高建筑抗震性和韧性的组合自复位结构,为充分了解其在地震下的随机响应特性,构建多自由度框架-摇摆墙结构的简化非线性方程,并利用等效线性化,基于响应的伪谐波行为假设,构建含时变参数的等效线性动力方程;基于随机平均的原理,得出控制响应幅值概率密度函数(PDF)的时间演变形式的福克-普朗克-科尔莫哥洛夫(FPK)方程,最终得出随机响应时间相关方差的一阶微分方程;并以某教学楼一榀框架为样本构建算例模型进行验证。结果表明:近似解析方法具有优异的精确度,在保证随机响应时间相关方差准确性的前提下,相对于传统的蒙特卡罗模拟(MCS)方法可提高分析的效率;在可分离形式和不可分离形式的非平稳地震动功率谱模型的结果中,随机响应方差曲线趋势与随机地震激励的形式相关,且在分段式调制非平稳谱作用下其分段点表现出很明显的不平滑现象;不同类型的随机地震激励扰动下的结果证明了此方法优异的适用性。

水平非均匀场地中油气管道地震响应分析及试验

针对水平非均匀场地中埋地油气管道的地震响应,开展了埋地油气管道振动台试验和有限元模拟分析,研究了不同强度地震激励下埋地油气管道的应变和加速度响应,以及场地管周土体的加速度和位移响应规律。结果表明:研发的土箱能够满足试验的要求,试验方案合理可行;由于非均匀场地土体特性的不同,在地震激励下不同土体的动力响应不一致,进而会对管道不同区段形成不同的动力作用,加剧管道整体的动力响应;随着加载等级的提高,土体在振动过程中先是被压实,然后逐渐破坏,土体的非线性特征越来越明显,管道振动现象更为明显;相比于均匀场地条件,相同工况非均匀场地条件下的管道应变峰值和加速度峰值响应明显增大,表明非均匀场地条件下管道周围的土体破坏更为严重,管道的运动更加剧烈。建议在埋地管道抗震设计中要考虑非均匀场地条件和管周土体特性不一致对管道地震响应的增大影响。

非平稳地震激励下惯容耗能结构动力响应解析法

针对惯容减震系统在非平稳地震激励下动力响应研究不足的问题,提出设有混联Ⅰ型惯容减震系统的多自由度耗能结构动力响应时变方差的解析解法。根据惯容减震系统的本构关系、结构的动力方程及非平稳地震激励,综合利用复模态法和虚拟激励法,将惯容耗能结构解耦为一阶系统,以便获得结构位移、速度、层间剪力等响应量的统一解。采用二次式分解法将统一解的时变功率谱密度函数转化为惯容耗能结构复模态特征值、模态系数、时变模态强度系数和含有圆频率平方项的二次式乘积的线性组合。在此基础上,利用非平稳模态谱矩在无限积分区间有解析解的特征,推导出非平稳地震激励下耗能结构响应时变方差的解析解。通过采用突加型白噪声激励对结构动力响应进行分析,验证了所提动力响应功率谱和时变方差的正确性。同时,基于突加型Kanai-Tajimi模型的框架结构动力响应研究,分析了惯容系统参数对减震效果的影响。所提方法可适用于线性结构在其他非平稳调制函数的地震动下的响应分析。

深厚覆盖层上沥青混凝土心墙坝非平稳随机地震动响应分析

由于良好的环境适应能力沥青混凝土心墙坝是我国西南强震区深厚覆盖层场地的优选坝型,然而对于沥青混凝土心墙坝非平稳随机地震作用下的抗震安全评价研究尚有不足。采用改进的Clough-Penzien功率谱结合随机函数,充分考虑地震动频率与强度的非平稳特征,生成了一系列与反应谱拟合的非平稳随机地震动集合,以某深厚覆盖层上沥青混凝土心墙坝为例,对其坝顶水平加速度及竖向永久变形等响应的均值及变化范围等进行了统计分析及分布检验,揭示了覆盖层与坝体响应均值及变异性沿高程变化规律,并通过概率密度演化方法,展示了坝顶水平加速度概率密度沿时间的演化过程,同时对生成的55条非平稳随机地震动进行调幅,结合多条带分析法易损性分析方法开展了深厚覆盖层上沥青混凝土心墙坝非平稳随机地震动易损性分析,给出了以震陷率为破坏等级控制指标的坝体易损性曲线,为深厚覆盖层上沥青混凝土心墙坝的抗震安全评价提供了新的方法和思路。

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。

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。

一般黏弹性耗能单自由度系统非均匀和完全非平稳地震响应分析

为建立一般线性黏弹性耗能结构及其保护系统的抗震分析与设计方法,对设置支撑的一般黏弹性阻尼耗能单自由度结构瞬态响应解析解和非平稳地震响应分析进行了系统的研究。首先,构造最一般线性黏弹性阻尼耗能单自由度结构模型;然后,采用传递函数法,获得结构及其保护系统在任意激励和非零初始条件下时域瞬态响应的非扩阶模态叠加解析解;最后,应用此解析解获得了一般线性黏弹性耗能结构及其保护系统在非均匀与完全非平稳地震激励下的具体响应解析解。通过两种典型耗能结构以及复模态法和频响函数法,验证了该方法的正确性、简易性和普适性;所获得的时域瞬态响应解析解和非平稳随机地震响应解析解,为建立单自由度设置支撑的一般黏弹性阻尼耗能系统非均匀与完全非平稳地震响应分析提供方法。

设置支撑的广义Maxwell阻尼耗能结构系统均匀与非均匀随机地震响应分析

地震动最精确的模型为强度非平稳和频率非平稳,为此对设置支撑的广义Maxwell阻尼耗能结构均匀与非均匀非平稳地震响应进行了研究。首先,通过扩阶方法建立了设置支撑的广义Maxwell阻尼器的结构动力方程,构造设置支撑的广义Maxwell阻尼减震系统;然后利用虚拟激励法分析结构的非平稳随机地震激励,最后利用精细积分法的改进格式解出广义Maxwell结构的非均匀非平稳地震响应方差。通过算例分析了均匀非平稳地震激励下广义Maxwell结构的地震响应方差对比精确解,验证了本文方法的准确性,并进一步将该方法研究应用于非均匀非平稳地震激励下,耗能结构系统的地震响应分析。分析表明该方法对于此类问题的计算具有应用范围广、效率高、工程应用强的特点,为粘弹性阻尼耗能减震结构在非均匀非平稳地震激励下的响应分析提供了方法。

下击暴流风冲击作用下输电塔非平稳动力响应的频域方法

下击暴流是强对流天气下的一种局地极端风,具有尺度小、风速大、突发性等特点,是导致输电线路风灾破坏的主要原因之一。开展下击暴流风冲击作用下输电塔风振响应的计算理论研究具有重要的意义。论文依据时变平均风和非平稳脉动风场的理论模型,给出移动下击暴流冲击风荷载在时域及频域表达式;继而基于随机振动理论,推导建立了输电杆塔非平稳脉动风振响应的频域解析方法,再通过首次超越极值理论,给出了非平稳下击暴流作用下输电杆塔响应极值的精确分布。进一步,论文探讨了将原有不同步非平稳下击暴流脉动风激励视为同步且慢变过程近似结果的精确性,并在此基础上提出了平稳等效的极值分布和峰值因子的实用简化计算方法。论文采用随机样本的有限元瞬态动力分析结果,检验了上述频域理论方法的精确性。研究表明:该文提出的非平稳响应极值分布的理论解精确性高、同步慢变激励简化得到的等效平稳方法计算便捷且结果略偏保守。该文研究为推动建立输电杆塔抗下击暴流设计体系提供了计算理论基础和技术支撑。

人行桥在行人荷载激励下的非平稳随机响应

采用虚拟激励法和微分求积法相结合的DQ-PEM法研究在行人荷载激励下人行桥的非平稳随机响应.与以往的虚拟激励法不同的是该方法以简单谱模型为基础,建立行人强迫函数的谱密度,求得多自由度体系人行荷载下的多模态.通过工程算例验证该方法的准确性与有效性,并进一步讨论不同速度和不同约束条件下梁式结构受行人荷载作用的随机振动问题.

结构在水平与竖向地震同时作用的非平稳响应

本文对单自由度结构在水平与竖向地震同时作用下的随机地震响应问题进行了系统研究。首先用简明的推导方法,建立了结构参激随机振动方程;其次利用Stratonovich随机微分方程、It随机微分方程、FokkerPlanck方程和矩微分方程的相互转换关系,用统一的公式法,建立了结构响应矩方程;然后根据Hurwitz随机稳定准则,获得了结构一阶和二阶响应矩渐近稳定条件的解析判断式;最后针对非平稳水平地震激励的最典型四种强度包络函数,综合应用复模态法,获得了结构非平稳响应二阶矩的解析解,给出了算例,并综合分析了各种参数对结构响应和稳定性的影响。

Maxwell阻尼耗能结构非平稳地震响应解析分析

对单自由度广义Maxwell和多自由度Maxwell阻尼耗能结构非平稳随机地震响应问题进行了系统研究。首先通过构建单自由度和多自由度耗能结构在原始空间和扩阶空间上的特征值和特征向量的精确对应关系,将耗能结构位移、速度和阻尼器受力的时域响应计算公式用结构原始空间上的特征值和特征向量解析表出;然后针对7种经典均匀调制白噪声地震激励和2种经典均匀调制滤过白噪声地震激励,获得了耗能结构位移、速度和阻尼器受力的非平稳均方响应的解析解,并使耗能结构非平稳响应的解析分析与计算,完全转化为耗能结构在原始空间的特征值和特征向量的解析分析与计算,从而构建了基于耗能结构非扩阶特征值和特征向量分析,获得耗能结构非平稳地震响应解析解的一整套方法。

多点非均匀调制演变随机激励下结构地震响应

针对大跨度结构在非均匀调制演变随机激励作用下，考虑行波效应时的非平稳随机地震 响应问题，应用虚拟激励法进行了分析．由于虚拟激励法自动计及了参振振型的互相关项以及 激励之间的互相关项，理论上是精确解．时变功率谱的计算采用精细逐步积分格式，使计算效 率进一步得到提高．

设置支撑的广义Maxwell阻尼器系统基于非平稳巴斯金谱的地震响应分析

对设置支撑的广义Maxwell阻尼器单自由度减震系统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,将设置支撑广义Maxwell阻尼器转化为不带支撑的等效阻尼器;然后,采用传递函数法,直接在耗能结构原始空间上,获得减震系统在非零初始条件和任意激励下结构整体系统(含支撑和阻尼器的位移、速度以及受力,结构位移与速度)的时域瞬态响应精确解;最后,针对2种经典均匀调制四参数巴斯金谱地震激励,获得了减震系统的结构整体系统非平稳响应解析解。所获得的结构系统时域瞬态响应精确解和非平稳地震响应解析解,可为结构系统各构件建立抗震反应谱设计法和动力可靠度提供分析路径。

结构受多点非平稳随机地震激励的响应

对结构所受的地震作用既考虑了地面运动的非平稳性，又计及了行波效应及激励点之间相干性的部分损失，给出了计算结构响应时变功率谱的虚拟激励算法。该法不仅计及了振型间的耦合项及激励间的耦合项，而且简便高效。

地震动非平稳特性对结构非线性响应影响的分析

虽然地震动的非平稳特性被越来越多的研究者所认识,但是其对结构非线性响应的影响却一直没有较为深入的研究。传统的反应谱和功率谱缺乏对地震动时间信息的表达,而由小波变换得到的地震动局部谱(时变谱)能更准确地反应地震动的非平稳性。更为重要的是,小波变换可以将地震动能量在时间上的分布进行调整而不改变能量在频率上的分布,对考察地震动非平稳性对结构非线性响应的影响非常有利。利用小波变换的上述优势,对比分析了三条实际地震动记录对一榀钢筋混凝土框架非线性时程响应的影响,通过调整其中一条记录的能量在时间上的分布,清楚地表明地震动能量在时间上的集中对结构响应非常不利,并由此提出了有效峰值的概念来定量反应这种表现为能量集中的地震动非平稳性。

地下结构非平稳随机地震响应分析

从有限元动力分析的基本原理出发,利用脉冲响应函数和傅立叶变换原理,研究了将地震荷载作为非平稳随机过程时地下结构随机地震响应分析方法,导出了非平稳随机地震加速度作用下地下结构动力响应的数字特征计算表达式。通过算例分析了某一隧道在7度非平稳随机地震作用下的位移和应力均方根响应。

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。

地震动非平稳性对大跨度空间结构随机地震响应的影响

为了进一步完善大跨度空间结构的随机地震响应分析理论,提出了一种简便的、近似计算非平稳地震激励下结构峰值响应均值的算法,数值模拟了某体育馆大型网壳结构在平稳和非平稳地震激励下的随机地震响应.研究表明,考虑地震动的非平稳性后,各杆件的峰值响应会有不同程度的减小,约7.51%～23.3%;同时考虑行波效应和地震动非平稳性时,在地震激励的初期阶段,结构响应方差会发生变化,但不会给结构的峰值响应均值带来明显差异;不同地面视波速时,峰值响应均值的减小程度不同.由此得出,所提出的近似算法能够大幅度地减少大跨度空间结构随机地震响应分析的计算量;对于大跨度空间结构的随机地震响应分析,尤其当结构的阻尼比和自振频率很低时应考虑地震动的非平稳性;在分析地震动非平稳性的影响时,应同时考虑地震动的行波效应.