利用多点多维地震反应谱法对大跨支承结构响应的研究

大跨结构的地震动反应需要考虑多点输入下的行波效应。本文用反应谱的方法,详细研究了多点多维地震动的影响。文中给出了相关公式的推导,公式中除考虑多点多维地震动外,还同时考虑了动力反应与拟静力反应的耦合。针对一个大跨结构算例,计算了在不同地面视波速下,其在各个方向激励下产生的柱底动力弯矩和拟静力弯矩值,并将结果与一致输入反应谱法的情况作比较。根据不同工况下的柱底总弯矩分布,本文重点分析了视波速、是否考虑多维度和是否考虑动静耦合项这三个因素对结构反应的影响大小。     

多点输入反应谱法的理论研究

根据大跨度空间网格结构的特点,忽略拟静力反应项与动力反应项的耦合项,提出了多点输入反应谱计算的简化方法。该方法所表示的结构地震动反应主要由拟静力响应和动力响应两部分组成,其中拟静力响应是由地面各点输入位移不一致引起的;动力响应部分主要是由结构在地面加速度作用下引起的,它在形式上与传统反应谱法保持一致,但考虑了多点输入的影响。从将地震动功率谱密度函数简化为白噪声和频响函数对地震动频率的选择性两方面入手,对拟静力反应和动力反应部分的组合系数进行了研究并简化。结果表明,简化方法是可行的,它一方面减少了计算工作量,另一方面又保证了计算精度。采用多点输入时程分析法和多点输入反应谱法,计算了哈工大体育场罩篷的地震反应,计算结果证实了多点输入反应谱理论的正确性。     

留数定理在多维多点反应谱法耦合系数求解中的应用

为解决目前多维多点反应谱法研究中耦合系数积分求解繁琐的问题,基于留数定理提出了一种高效的解析求解方法。该解析求解公式不仅可以考虑行波效应,还可以同时考虑动力与拟静力的耦合、相干效应和方向交叉项等多种耦合效应。将考虑多种效应的耦合系数求解公式转化为解析的形式,不仅其计算结果等价,而且计算效率是积分法的100倍以上,进一步凸显了在多维多点求解问题中反应谱法相较于时程分析法的应用优势,并且使多维多点反应谱法应用于现行结构设计软件变为了可能。基于现行规范的模型假设,提出两种简化算法,使效率优势得到进一步提高。利用多维多点反应谱法,对某高铁站房的工程实例进行计算,并同时程分析法的结果进行对比。两种方法所得结果基本吻合,验证了反应谱法的合理性,且多维多点反应谱法的求解效率远高于多维多点时程分析法的。     

多点输入下大跨空间结构动力稳定性分析

大跨空间结构属于缺陷敏感性结构形式,在进行地震动输入时需要考虑时空相干性对结构动力响应的影响。为分析这类结构的动力稳定性,将随机振动方法和时程分析方法结合,将包含了场地统计规律的功率谱函数转化为时程分析方法的荷载输入,人工合成具有概率意义且考虑空间相干性的地震波,对实际工程中的大跨空间结构进行多点输入。结果表明:多点输入下的地震相干效应使结构失稳峰值加速度明显小于一致输入对应的失稳峰值,该方法适用于大跨度空间结构的动力稳定分析。     

单层鞍形网壳结构地震激励频域响应特性分析

为研究鞍形网壳在地震动激励下的振型反应规律,将结构地震作用表达为仅与时间变量有关的随机过程,给出频域内结构准静力响应、共振响应和耦合响应的定义及计算式;计算两组地震动功率谱作用下,鞍形网壳结构的位移响应谱,包括准静力响应谱、共振响应谱和耦合响应谱,总结结构位移响应的频域分布特性,分析准静力响应及共振响应之间的相关性;提出改进的振型叠加法,并给出数值算例。研究结果表明,对应一定的地震动输入功率谱,鞍形网壳结构的响应主要是特定频率区段的振型响应。在z向地震作用下,准静力响应和共振响应的耦合效应对总响应的影响不可忽略,而在x、y向地震作用下,这一效应可忽略。计算结果表明,所提出的改进振型叠加法计算效率和求解精度优于传统振型叠加法。     

多维多点地震动激励下折线型输电塔线体系反应分析

本文通过数值分析研究多维多点地震对折线型输电塔线体系地震反应的影响。根据实际工程建立折线型输电塔线体系三维有限元模型,依据功率谱密度函数、折线型相干函数和《电力设施抗震设计规范》模拟多维多点地震动时程。分别研究空间变化地震动的行波效应、部分相干效应和局部场地效应对折线型输电塔线体系地震反应的影响。研究结果表明,多维多点地震动对折线型输电塔线体系地震反应影响显著;与一致激励相比,考虑多维多点地震动增大了结构的地震反应,传统的一致地震输入将会低估结构的反应。因此对于折线型输电线路实际工程的抗震设计,需要考虑多维多点地震动的影响。     

地震多点输入下K8单层球面网壳结构响应研究

地震动经过长距离传播到达结构场地时会存在空间变化,考虑地震动空间变化性的多点输入比一致输入更符合实际。采用时程分析法,计算不同屋面质量、不同矢跨比和不同杆件截面尺寸的90m K8单层球面网壳结构在多点输入下和一致输入下的地震响应,研究网壳结构地震空间相关性效应与结构参数的关系。分析结果表明:结构参数变化对多点输入下结构的拟静力响应和动力响应影响不同,致使地震动空间变化性对不同参数结构的影响有较大差异。通过系统的参数分析表明:轻质屋面、小矢跨比、大杆件截面尺寸网壳结构受地震空间变化影响较大。     

空间变异地震动作用下地铁隧道抗震响应

采用基于功率谱矩阵奇异值分解的空间变异地震动合成方法,快速高效地合成了考虑行波效应、相干效应及场地效应的多点加速度时程。基于ABAQUS软件研发的动力有限元计算平台,建立了三维双隧道–土体有限元模型,研究了多点输入下地铁隧道的非线性地震反应特性,并与一致输入下的地震反应特性进行了对比。另外,考察了场地效应对地铁隧道抗震响应的影响。结果表明:对于均匀场地,一致输入下的地表、隧道地震响应高于多点输入下的响应;对于非均匀场地,一致输入下的地表、隧道响应明显低于多点输入下的响应;在场地交界处,隧道截面的剪应力和水平位移会产生突变。     

单层连续梁桥多点地震输入拟动力实验研究

多维多点地震输入作用下,各支承点相对运动引起的拟静力反应对结构的影响目前尚无一般结论,多数情况下破坏状态可能更严重。另一方面,拟动力实验可以灵活、经济地实现多点输入动力实验,同时具有较好模拟精度,相比振动台台阵具有一定优势。因此考虑多维多点输入并研究相应拟动力实验控制有着明显的实际意义。文中推导了二维多点地震输入情况下单层连续梁桥的动力方程,引入OS(Operator Splitting)数值算法和子结构实验方法,并基于VC语言开发了二维多点拟动力实验控制软件TUTmulti。     

基于绝对位移动力方程的多点输入反应谱法（英文）

以绝对位移动力方程为基础,提出了一种多点输入地震作用下计算集中质量多自由度线弹性结构最大地震内力的新反应谱法.由于这种方法不再将结构的绝对位移反应分解成拟静力和动力分量进行分别计算,简化了多点输入反应谱法中的组合规则,提高了结构计算分析的效率.对一跨度为100m的两点支承框架结构进行了分析计算,比较了结构算例的时程法计算结果和新反应谱法的计算结果,两者计算结果的一致性验证了新反应谱法的正确性.     

Seismic design for steel trussed arch to multi-support excitations

The behavior of steel trussed arch to multi-support excitations is studied. The spatial variation of ground motion is modeled by an empirical coherency loss function. Numerical results indicate that horizontal multi-support excitations have a quite large amplification effect on the seismic responses of the trussed arch. This amplification effect cannot be ignored in the seismic design of such structures. Vertical multi-support excitations reduce the seismic responses of the trussed arch. Therefore the assumption that vertical free-field ground motions are spatially uniform is available to assure the degree of seismic safety reliability of the trussed arch. An average response spectrum method is subsequently introduced to calculate the arch response to multi-support excitations. The advantage of the method is that the linear peak seismic response of the arch to multi-support excitations can be obtained as conveniently as the conventional response spectrum method does. The good agreement of results between the time-history method and the average response spectrum method shows the validity of the latter method.     

多点激励下桩-土-斜拉桥全模型振动台试验研究

大跨斜拉桥的自振频率和阻尼低以及空间尺度大,其地震响应受桩基础、场地土特性和地震动空间效应的影响较大。然而,由于试验条件和技术所限,目前尚缺乏相关的全模型振动台试验研究。以一座试设计主跨1400m超大跨斜拉桥为原型,设计和制作了一座几何相似比为1/70且包括上部结构、桩基础和场地土等在内的试验模型,通过振动台试验研究了多点激励对桩-土-斜拉桥全模型地震响应的影响及其规律。试验结果表明：纵向多点激励使一侧主塔的纵向位移、一侧主塔和桥墩的纵向桩-土-结构相互作用效果以及主跨一侧竖向位移增大,而另一侧减小;横向多点激励使一侧主塔的横向位移和一侧桥墩的横向桩-土-结构相互作用效果增大,另一侧减小,但使两侧主塔的横向桩-土-结构相互作用效果和主跨两侧横向位移响应均增大;桩-土-结构相互作用对斜拉桥的加速度响应产生不利影响。基于上述结果,大跨斜拉桥的抗震设计或性能评估应考虑多点激励和桩-土-结构相互作用的影响。     

空间变化地震激励下大跨度桥梁地震反应分析

强震发生时由于受行波效应、部分相干效应和局部场地效应等因素的影响,大跨度桥梁地面各支承处所受激励并不相同,按多点激励的模式进行地震反应分析较为合理。本文对天津市快速轨道交通工程中1座4跨预应力混凝土连续刚构桥进行了多点激励地震反应分析,并与一致激励下动力时程分析的计算结果进行了比较,对该4跨预应力混凝土连续刚构桥的工程建设具有直接的指导意义。     

考虑波速影响的斜拉桥非一致激励地震响应研究

为研究地震波传播速度对大跨度斜拉桥地震响应的影响,以某主跨跨长406 m的双塔钢箱梁斜拉桥为研究对象,建立动力有限元模型。对非一致地震激励输入方法进行理论分析,对比研究了相对运动法、大刚度法和大质量法的计算特点。通过对视波速无穷大时非一致激励法与一致激励法的计算结果进行对比,校验地震动输入方法的正确性。在此基础上,分别选择天津地震波、El Centro地震波和汶川地震波,根据软土区和岩石区地震波传播特点,对视波速在50~4 000 m·s^-1之间的不同波速工况进行计算。结果表明:波速对斜拉桥地震响应有显著影响,软土区视波速对结构影响更加突出,对位于深厚软土区的大跨度斜拉桥进行行波效应分析时,需要关注结构的内力和位移响应,而岩石区仅需关注结构的内力响应。     

大跨度斜拉桥多点激励地震反应分析

大跨度斜拉桥各地面支承距离较大 ,一致激励地震输入模式并不符合实际情况 ,应当考虑地震波有限波速传播所引起的行波效应以及部分相干效应和局部场地效应的影响。本文以主跨 1 0 1 8m的某在建大跨度斜拉桥为例 ,数值仿真分析了三种确定性地震波一致激励、行波激励以及随机地震动场多点激励作用下斜拉桥关键部位的地震反应 ,为该斜拉桥的工程设计提供了可靠的理论依据     

大跨空间结构在地震部分相干效应与行波效应作用下结构响应分析

基于随机地震动场理论,地震动空间变化考虑部分相干效应与行波效应的组合影响,人工合成与工程条件相一致的空间相关非平稳地震动场,并对其进行了相关分析。在此基础上,对一般大跨空间结构在多点地震激励与一致地震激励两种荷载工况下的反应进行了数值模拟对比分析,考察了大跨空间结构柱子剪力、扭矩和梁弯矩反应的变化规律,并得出一些重要结论。此结果可为大跨空间结构的抗震设计提供参考。     

多维多点激励下某多塔连体结构地震反应分析

杭州市市民中心工程是一高位隔震大跨度多塔连体结构,6个主塔楼在高位采用隔震支座与6个大跨度钢结构连廊连接成一整体,整个连体结构外环周长达606m,故有必要进行多维多点输入地震反应分析。采用谐波叠加方法和快速傅里叶变换技术,合成了与建筑抗震设计规范(GB 50011—2001)反应谱相吻合的空间相关地震波,同时提出采用相关函数对人工模拟地震波在时域内进行检验的方法。利用模拟地震波对该工程进行多维、多点激励下的非线性时程分析,结果表明:在双向地震动作用下,考虑多点激励会使连廊杆件轴力、连廊与主塔楼间的隔震支座位移有较大增加,其中行波效应影响尤为明显,但多点激励对主塔楼内力和位移影响很小。