多自由度混联Ⅰ型惯容减震系统地震响应分析

针对惯容系统在多自由度结构中的应用和布置方案研究不足的问题,提出多自由度惯容系统响应频域解及谱矩的计算方法,并基于响应频域解及谱矩表达式确定了惯容系统的布置方案。通过引入状态变量将结构运动方程和混联Ⅰ型惯容系统的微分型本构关系转化为用矩阵形式表示的状态方程,进而推导了结构位移、速度、层间位移角等系列响应的频域统一解。然后,将响应功率谱转化为二次分解式(圆频率与复特征值平方和倒数的线性组合形式),并将其代入谱矩的定义式,获得了位移、速度等系列响应的0~2阶谱矩。最后,以一栋18层的结构为例,验证了所提封闭解的正确性;分析了复振型个数对结构响应精度的影响;确定并探究了惯容系统在多层结构中布置方案的可行性。结果表明:所提谱矩的封闭解正确适用;高阶振型对结构响应的影响较弱,考虑前若干振型可达到较高的计算精度;所提惯容系统布置方案具有简单易行且效果良好的特点。

混联Ⅰ型惯容系统基于李鸿晶谱的地震响应分析

针对设有混联Ⅰ型惯容系统的耗能结构基于李鸿晶谱的响应分析较为繁琐的问题,提出求解地震响应的简明封闭解法,并研究了惯容系统基本参数对减震性能的影响。首先,建立惯容系统和结构之间的微分型本构关系,并运用复模态法和虚拟激励法获得结构系列响应的统一解。其次,将结构系列响应的功率谱密度函数精确转化为复特征值及结构自振频率平方和表示的二次分解式,进而获得响应0阶~2阶谱矩的简明封闭解。最后,通过数值算例验证了所提方法的正确性及计算的高效性,对惯容系统参数的研究表明,当惯容系数和阻尼系数越大,结构减震效果越好,而刚度系数对结构的减震效果取决于惯容系统名义圆频率与结构自振圆频率的比值,当两者比值为0.9时减震效果最好。

功率谱二次正交化法在随机地震动响应的应用

针对平稳激励下线性结构随机地震动响应方差和谱矩时频域法无解析解或时域法解析解复杂的问题,提出了结构响应功率谱的二次正交化法,并成功获得线性结构基于李鸿晶随机地震谱的系列响应(结构层位移和层间位移)的0~2阶谱矩和方差的简明封闭解。综合虚拟激励法和复模态方法,提出了线性结构频率响应特征值函数的二次正交法,即将频率响应特征值函数表示为振动复特征值和频域变量二次方和的线性组合;以李鸿晶随机地震动谱为例,基于留数定律获得该谱的二次正交式,进而获得结构地震动系列响应功率谱的二次正交式;获得了建筑结构随机地震动系列响应方差及0~2阶谱矩的统一简明封闭解。利用本文方法对一单自由度结构和一多自由度TMD耗能结构地震动响应进行分析,并与虚拟激励法进行了对比研究,结果表明本文所提方法为封闭解且可用于验证虚拟激励法谱矩分析时的精度。此外,本文方法可适用于各种线性结构基于各类平稳随机地震谱的随机响应封闭解的分析。