地震动峰值位移对单自由度体系非线性动力反应的影响

研究了在输入地震动加速度反应谱与峰值速度不变的条件下,地震动峰值位移对单自由度体系(SDOF)动力反应、尤其是非线性动力反应的影响.首先,利用在时域内叠加窄带时程的方法合成出加速度反应谱与峰值速度相同、但峰值位移相差2倍的两组人工地震动时程.其次,利用理想弹塑性SDOF体系的初始自振周期描述其刚度特性、利用屈服强度衰减...     

基于简化IDA的结构地震损伤评估方法

将等效单自由度（SDOF）体系假设与Pushover分析方法相结合,建议了一种简化的增量动力分析（IDA）方法。给出损伤指数R与结构反应限值和抗震三水准的对应关系。根据结构抗震失效概率公式给出结构地震损伤概率计算方法,进一步得到结构在不同地震强度下的损伤指数期望值R_e,用以评估结构的地震损伤等级。在此基础上建立了基于简化IDA的结构地震损伤评估方法。为了验证所提出的方法,按照不同场地设计了三幢结构模型,选取了典型地震动记录作为结构的水平地震动激励,对结构模型进行了IDA、地震易损性分析和地震损伤评估。通过算例分析表明,基于简化IDA的结构地震损伤评估方法计算量小,易于操作,但得到的结构损伤值较大,抗震评估结果偏于安全。     

脉冲型地震下地震动强度指标与基础隔震结构位移响应相关性研究

以隔震结构等效SDOF体系为研究对象。采用Bouc-Wen模型描述体系非线性力-变形行为,以近断层脉冲型地震记录为输入,运用MATLAB进行编程并求解得到体系的非线性地震响应;采用Spearman秩相关系数法对地震动强度指标与SDOF体系位移响应之间的相关性进行统计研究;分别以5层和8层基础隔震结构为例对分析结果进行算例验证。研究结果表明,与其它地震动强度指标相比,速度型指标在各周期段均与等效SDOF体系地震位移响应呈现较高相关性;各地震动强度指标对应相关系数曲线的分类化特征明显,其中对应第1类曲线的地震动强度指标更适于多层基础隔震结构,建议将VSI或HI作为优选指标用于多层基础隔震结构地震位移响应预测等相关方面研究。     

脉冲地震动缩放水平对结构非线性位移反应影响的分析

研究缩放速度脉冲型地震动强度水平引起的单自由度(SDOF)体系非线性位移反应的偏差。采用30条速度脉冲地震记录,通过SDOF的体系动力时程分析,分析了速度脉冲型地震动分别缩放到不同目标谱加速度(Sa)、峰值加速度(PGA)、峰值速度(PGV)、峰值位移(PGD)水平时,SDOF体系非线性位移反应偏差随系统自振周期和强度折减系数变化的规律;通过对散点数据的对数线性回归确定了位移反应偏差的变化趋势,并比较了不同地面运动强度表征参数下位移偏差的稳定性。分析结果表明：位移偏差对地震动缩放系数、系统的基阶自振周期和系统的强度有一定的依赖性,合理选用缩放系数和地面运动强度表征参数能有效减小估算结构地震位移响应的偏差。     

速度脉冲型地震地面运动强度表征参数评估

研究强速度脉冲型地震地面运动强度表征参数(IM)与单自由度(SDOF)体系非线性变形需求的相关性,并分析IM的有效性。采用72条速度脉冲型地震记录,基于SDOF体系的动力时程分析,研究了恒延性水平(μ)和恒强度折减系数(R)条件下脉冲型地面运动IM与最大非线性变形相关性系数的变化规律;通过线性回归和离差分析,研究了加速度反应谱(Sa(T1))和峰值地面运动速度(PGV)作为脉冲型地面运动IM的有效性。分析结果表明,脉冲型地面运动IM对体系周期有很强的依赖性,μ和R对相关性和离散性均有很大影响,Sa(T1)和PGV是相对较优的脉冲型地面运动IM。     

等强残余位移系数谱研究

针对双线性单自由度体系定义了残余位移系数,然后选取100条地震波,通过弹塑性动力时程分析,建立了等强残余位移系数谱,分析了其影响因素,并建立了拟合公式,最后对残余位移和最大位移之间的关系进行了研究。结果表明:在总体上,结构周期越小,强度越低,屈服后刚度系数越小,其残余位移系数越大;结构周期较大时,残余位移系数和周期之间关系不大;结构周期越小,结构强度对残余位移系数的影响越大;残余位移和最大位移基本呈线性关系。     

基于复合强度指标的弹塑性输入能量谱研究

确定弹塑性SDOF体系的输入能量是基于能量的设计方法首先要解决的问题。该文从PEER强震记录数据库选取了188条地震记录并按中国规范进行了分类,采用归一化方法,根据能量谱的特征建议了一种基于复合强度指标的三段式弹性输入能量谱。在此基础上,分析了强度折减系数和阻尼比对能量谱峰值和中长周期段的影响。结果发现:强度折减系数和阻尼比对能量谱峰值的削减作用具有明显的相关性,强度折减系数较大时阻尼比对能量谱峰值的削减作用减弱。根据弹塑性能量谱影响因素的分析统计,通过二次拟合,提出了峰值和中长周期段的修正系数。最后根据研究建议了弹塑性SDOF系统能量谱的确定方法。     

弹塑性SDOF系统的地震输入能量谱

以4种场地土条件下40条强震记录为输入,分析了弹塑性单自由度(Single Degree of Freedom,SDOF)系统的地震输入能量谱,并对地震动强度和SDOF系统参数对地震输入能量谱的影响进行了研究。结果表明:能量谱峰值主要由地震动强度决定,阻尼比和延性系数有很大影响。在长周期范围,延性系数一定时,随着阻尼比的增大,能量谱值也有所增大;随延性系数增大,能量谱值随阻尼比增加而增大的趋势有所减缓。采用归一化方法,根据能量谱的特征建议了简化三段式地震输入能量谱,并根据能量谱分析结果的统计,建议了弹塑性SDOF系统能量谱峰值和能量谱曲线参数的确定方法。     

非高斯荷载作用下结构首次失效时间分析的Monte Carlo模拟方法

利用结构反应的头四阶矩，基于Winterstein变换，模拟非高斯荷载作用下结构的反应过程，并由结构反应过程的样本函数，建立了结构首次失效时间分析的模拟方法。二次力函数激励下线性SDOF系统的首次失效时间分析，说明了该方法的使用过程，并揭示了系统阻尼对首次失效的影响。     

静载试验在公路桥梁中的应用研究

采用等效荷载试验模拟组合体系桥梁在最不利荷载作用下的工作状态,验证设计理论、计算方法及桥跨结构设计的合理性,评价桥跨结构在设计使用荷载下的工作性能,预测桥梁运营的状况,为桥梁维修、管理提供技术依据.     

一种简化的R.C框架结构地震位移反应分析方法

采用单自由度体系等效多自由度体系,只考虑第一振型影响,确定结构最大位移反应。该文假定R.C框架结构屈服前刚度与强度相关,屈服位移由结构几何尺寸近似确定。结合我国建筑抗震设计规范,研究不同设计条件下R.C框架结构的超强系数,然后乘以设计地震作用确定结构的实际强度。根据结构屈服位移以及实际强度确定等效结构的有效周期。当有效周期大于特征周期时,结构最大非线性位移反应采用等位移原理确定,当有效周期小于特征周期时,结构最大非线性位移反应采用等能量原理确定。该方法与其它方法相比,避免了复杂的弹塑性动力或静力分析,不需要进行迭代计算,且与我国规范结合紧密,特别适合对既有结构快速评估。     

Drift-controlled design of reinforced concrete frame structures under distant blast conditions—Part I: Theoretical basis

Proper control levels of lateral drifts anticipated for reinforced concrete (RC) frame structures within the predefined performance level become crucial when the frame structure is subjected to distant intense surface explosions. For this purpose, a new design method is presented in a two-part paper based on the transformation of a blast loading into an equivalent static force (ESF). The ESF is calculated in such a manner that the same maximum inter-storey drift ratio (MIDR) under the blast loading will be reproduced. The first part of the two-part paper focuses on the computational model of ESF for a single-degree-of-freedom (SDOF) system and the design method based on ESF with the requirement for controlling its maximum displacement response to achieve the specified target displacement. Numerical examples have been included to illustrate the method while the verifications of the dynamic responses of the designed SDOF system are performed with nonlinear dynamic analyzes. The numerical results indicate that the target displacement is well met for the designed SDOF system in resisting a given blast loading. Extension of the computational model of ESF and the corresponding design method with ESF for a SDOF system into a RC frame structure will be further discussed in the companion paper.     

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。     

连续梁桥横桥向等位移准则

首先分析了单自由度等位移准则与结构屈服程度的关系,然后针对典型连续梁桥的特点,定义了名义屈服位移和名义屈服曲率,并通过改变主梁特性、桥墩特性和地震动输入等进行参数分析,将等位移准则由单自由度推广到多自由度。研究表明,当连续梁桥的主要振型的周期均大于对应单自由度等位移准则的周期下限,并且主要振型的质量参与系数之和超过90%时,非线性时程方法得到的位移与弹性反应谱方法得到的位移接近,等位移准则成立,可以采用弹性位移评估其非弹性位移。多自由度等位移准则的应用较大程度简化了相当一部分连续梁桥的横桥向位移需求的计算,为其基于位移的抗震设计提供了基础。     

变摩擦TMD特性和简谐激励控制效果的研究

提出一种变正压力式变摩擦装置,通过改变摩擦面正压力实现摩擦力随系统位移增大而增大。将其用于TMD能有效克服常摩擦TMD摩擦力不可变的缺点。采用一阶谐波平衡法推导了变摩擦系统的等效阻尼比和等效频率,分析了系统各参数对其等效阻尼比和等效频率的影响,通过与经典阻尼单自由度系统的比较探讨了单自由度变摩擦系统的频率响应特性。从理论和试验两个方面研究了简谐激励下变摩擦TMD对单自由度主结构振动控制的特点。分析结果表明,变摩擦TMD的频率响应特性与经典阻尼TMD类似,二者都能有效减小主结构频率响应曲线的峰值,试验结果验证了变摩擦TMD在简谐激励下的有效性     

Approximate representation of the statistics for extreme responses of single degree-of-freedom system excited by non-stationary processes

The objective of this study is to estimate the statistics of the maximum response of a structural system excited by a non-stationary process. To provide basic information for the design of structures, the response of a single degree-of-freedom (SDOF) system subjected to a non-stationary Gaussian white noise is considered. For this purpose, we first derive the probabilistic properties of the maximum values of a non-stationary and zero-mean white noise, whose standard deviation varies temporally under some limited conditions. Then, using the obtained properties, we propose a method to estimate the stochastic properties of the maximum response of a given SDOF system excited by a non-stationary white noise whose time-varying standard deviation is known. The validity of the obtained results is confirmed through Monte Carlo simulation.     

地震波持时效应的能量评价指标研究

将结构的地震损伤定义为结构在单向振动过程中耗储地震能量能力的降低,并根据损伤成因将结构地震损伤分离为残余位移损伤与退化损伤,基于结构退化损伤的量值来界定地震波持时效应的大小。将结构总输入能、能量增长持时、最大瞬时输入能量比以及90%能量持时作为持时指标,通过 56条地震波下三种周期SDOF结构的损伤分析,分别讨论各持时指标与结构退化损伤之间的相关度。分析结果表明结构总输入能与结构退化损伤之间的相关度最高,同时由于总输入能的求解受结构阻尼模型与滞回模型的影响较小,因此总输入能作为地震波持时效应的评价指标具有较好的准确性与便利性。     

建筑结构倒塌分析的单自由度模型

该文建议了一种能够用于建筑结构倒塌分析的单自由度滞回模型。该模型能够模拟骨架线的强化和峰值点后的退化、滞回捏拢、往复荷载作用下的承载力和刚度退化以及P-Δ效应等。为验证所建议的单自由度滞回模型用于结构倒塌分析的有效性和合理性, 以一座8 层钢筋混凝土框架结构为例, 对原型结构和按照基本模态等效的单自由度模型分别进行了IDA 倒塌易损性分析, 结果表明两者的倒塌易损性曲线吻合较好。