突变理论在结构动力学中的应用尝试

“结构力学”是建筑结构、水工结构、桥梁结构等诸多学科专业的技术基础课程。结构动力学是“结构力学”的一个重要组成部分。其中占有较大篇幅的单自由度体系的动力分析虽然比较简单．但是非常重要。首先，许多工程宴际的动力问题可以按单自由度体系进行计算和初步估计。其次，单自由度体系的动力分析是多自由度体系乃至无限自由度体系动力分     

运动稳定性理论在结构动力分析中的应用

本文应用李雅普诺夫一次近似理论，推导了单自由度体系及多自由度体系的非线性动力稳定判别准则。通过典型算例比较，该准则比Ｂ－Ｒ准则更加严密，适用范围也更加广泛。     

两相邻结构地震动响应被动优化控制研究

采用在双体单自由度结构间设立Kelvin型被动控制单元的最优参数表达式,并基于等效双体单自由度体系求得了相邻多层剪切型结构间控制器最优参数。利用列举法并基于二次型性能指标值（LQR）确定了控制器优化布置位置,讨论了布置控制器后对结构地震响应的影响以及对结构动力特性的影响,通过数值分析证实了采用等效双体单自由度体系代替相邻多自由度结构体系的正确性,表明了这种被动控制方法能够非常有效地减小在地震作用下相邻结构的地震响应。     

单自由度混联Ⅱ型惯容减震体系的 随机地震响应与参数设计

为了解混联Ⅱ型惯容减震系统(SPIS-Ⅱ)的减震机理,该文对设置SPIS-Ⅱ的单自由度体系进行了随机地震响应变化规律的研究并提出了参数优化设计的方法。首先在体系运动微分方程的基础上,基于随机振动的理论和方法推导了SPIS-Ⅱ单自由度体系在地震作用下频域响应传递函数及随机响应均方根的表达式。接着以金井清谱为随机地震输入模型,基于随机响应表达式研究了地震动参数和SPIS-Ⅱ关键参数对单自由度体系响应变化规律的影响。然后在参数研究的基础上,提出了SPIS-Ⅱ单自由度体系在地震作用下的实用优化设计方法,该方法以性能需求为设计目标,可同时考虑响应与成本的控制以及输入地震动的频谱特征。最后根据所提出方法编制程序进行了一系列实例设计,并进行了动力时程分析验证,设计及分析的结果均证实了该文提出方法的有效性。     

高墩梁桥考虑墩身高阶振动的水平向主导振型

规则中、低墩梁桥的水平向动力特性主要取决于对应方向的基本振型,因而可近似按单自由度体系对其进行抗震性能研究和抗震设计.而高墩梁桥由于墩身质量参与和高阶振型影响,其动力特性较为复杂,难以借用单自由度体系模型进行抗震分析和研究.为进一步了解高墩梁桥的动力特性和地震反应特点,将高墩梁桥简化成单墩-质点体系模型,考虑墩身质量参与和高阶振型,分别研究墩高、墩顶集中质量和梁-墩质量比等参数对体系水平向主导振型分布的影响,提出梁-墩质量比是决定单墩-质点体系水平向振型质量参与系数的主要因素,并通过曲线拟合给出了二者间的函数关系式;再利用反应谱方法计算体系在不同地震动输入下的墩底内力和墩顶位移,分离出前几阶水平向振型对体系地震反应的贡献率,依此给出因计算目标而异的选取单墩-质点体系水平向主导振型的合理判据.     

单自由度高柔桥墩的动力稳定

本文探讨了单自由度高柔桥墩的动力稳定问题，推导了动力稳定方程，给出了临界频率方程和算例，并确定了主要动力稳定区域与动力不稳定区域。     

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...     

中间支撑梁式动力吸振器的设计与实验研究

通过在中间支撑梁端部布置质量块设计多自由度动力吸振器，首先分析所设计的动力吸振器的理论模型。然后通过优化算法推导得到多自由度动力吸振器的最优频率比、最优阻尼比。最后以单自由度、2自由度和四自由度动力吸振器为例，通过实验验证所设计的多自由度动力吸振器。理论分析与实验结果表明：对于相同质量的吸振器，四自由度动力吸振器的振动控制效果明显优于单自由度及2自由度动力吸振器，并且其可控制频带更宽。     

隐式中点法对于非线性阻尼结构的稳定性

用能量守恒的方法证明了隐式中点法对于非线性指数阻尼的结构动力方程为数值稳定。工程中常用的双线性本构模型作为这种指数模型的特殊情况,同样满足数值稳定性条件。为了验证证明过程的可靠性,对一个单自由度体系和两个多自由度结构进行动力非线性计算分析,对比不同时间增量步的计算结果。从而给出了针对这种非线性动力方程计算的稳定的数值积分方法,为动力计算数值稳定性提供理论基础。     

剪切型多自由度结构体系抗震延性折减系数

通过修正等效单自由度体系抗震延性折减系数的方法研究了多自由度体系的抗震延性折减系数。采用集中质量剪切型多自由度模型,分析了等效单自由度体系抗震延性折减系数应用于相应多自由度体系需要的修正系数的影响因素。分析结果表明,多自由度体系的抗震延性折减系数明显比其相应的等效单自由度体系的抗震延性折减系数小,修正系数的主要影响因素是结构的楼层数、位移延性系数和结构基本振动周期;分析结果也表明修正系数的离散性随结构楼层数、基本周期和位移延性的增大而增大。最后,通过多元非线性回归分析,给出了相对保守的修正系数回归函数。     

计算结构非线性地震峰值响应的等价线性化模型

多自由度体系的等价线性化方法是预测结构的非线性地震峰值响应的有效方法。单自由度等价线性化模型是该方法的基础。该文在前人研究的基础上,从定性和定量的两个方面综合分析了结构周期、延性系数以及恢复力模型等因素对单自由度等价线性化模型的影响,并通过对大量地震动记录下动力弹塑性分析结果的拟合回归,提出了能够综合反映各方面参数影响的单自由度等价线性化模型。与现有代表性的等价线性化模型相比,该文模型所反映的参数最为全面,预测峰值位移的平均相对误差最小,且略偏于保守。     

高墩梁桥的水平向主导振型理论分析

单自由度模型被广泛应用于规则中、低墩梁桥的抗震分析和设计,而高墩梁桥由于墩身高阶振型的影响,有必要发展多自由度甚至分布参数体系的简化分析模型和方法。基于分布参数欧拉梁理论对单墩-质点体系进行解析推导,分析了体系动力特性和振型质量分布的控制因素和规律,从纯解析角度更为严格的证明梁-墩质量比是决定体系水平向振型质量参与系数的主要因素。解释了已有数值分析结果给出的统计规律,纯解析给出比已有数值拟合公式精度更高、适用范围更广的分析公式,探讨了高阶振型的影响,最后给出手算评估等效单自由度模型有效性的建议公式。     

双向地震作用下等延性强度折减系数反应谱研究

目前弹塑性反应谱的研究几乎都是以单自由度体系和单向地震输入为前提的,然而实际地震动的多维性,结构非线性的空间耦合特性使得基于单自由度体系的弹塑性反应谱存在局限性,为此本文进一步发展了双向地震作用下单质点双自由度系统的弹塑性反应谱模型.通过硬土、中硬(软)土、软土场地的178条地震记录作为地震输入,采用了不同以往的方法,建立了基于统计的强度折减系数设计谱.按3类不同场地,分析了延性系数、两水平主轴方向周期比对强度折减系数设计谱的影响.并根据统计结果,给出了便于工程应用的等延性强度折减系数简化设计谱公式.     

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。     

大朝山单跨拱桥爆破震动速度反应谱特征

根据大朝山水电站 3#、4# 尾水出口砼围堰及岩埂拆除爆破振动速度监测成果,采用单自由度体系结构动力响应分析方法,建立了澜沧江大桥(单跨拱桥)的爆破震动速度反应谱.     

土结构动力相互作用的实时耦联动力试验的时滞稳定性

针对土-结构动力相互作用的实时耦联动力试验(SSI-RTDHT),以单自由度上部结构体系为例,建立了考虑振动台时滞及其补偿的数学模型;然后采用基于Padé 展开逼近时滞项的根轨迹方法研究其稳定性;最后利用数值仿真验证了理论分析得出的稳定条件.研究结果表明:时滞明显地改变了系统固有模态的动力特性,并使得SSI-RTDHT 成为一个条件稳定系统;稳定性随时滞和上部结构频率的增大而降低,随地基特征频率的增大而提高;上部结构阻尼比对稳定性影响不大.三阶多项式补偿会明显降低试验体系的稳定性,但可以改善固有模态的性能.     

考虑土-结构相互作用的黏弹性减震结构的简化设计方法

首先在频域中建立了考虑土-结构相互作用(SSI)的黏弹性阻尼单自由度消能减震结构体系的动力平衡方程,通过模态应变能法及结构体系的传递函数,推导出了结构体系等效周期及等效阻尼比的计算方法,并参数化分析了SSI效应对消能减震结构的影响。结果表明结构的高宽比及初始附加阻尼比对阻尼器的减震效率影响较大。通过等效方法将质量刚度分布比较均匀的多自由度减震框架体系简化为单质点体系进行抗震分析。算例表明该方法具有一定的精度,对考虑SSI效应的消能减震结构体系的抗震评估具有一定的工程应用价值。     

边坡拦砂坝动力反应计算实例

位于露天采矿场边坡水龙山—杨桃坞的拦砂坝是一种轻型钢筋混凝土结构坝,考虑到采矿生产经常爆破产生的动力荷载对坝的作用,将坝简化为单自由度体系作结构动力分析,借助于辛普森公式对坝的动力反应进行数值计算,得出动力反应位移和弹性恢复力的近似基本参数,为该坝的结构设计和在正常使用阶段考察其耐久性提供了重要依据。     

边坡拦砂坝动力反应计算实例

位于露天采矿场边坡水龙山—杨桃坞的拦砂坝是一种轻型钢筋混凝土结构坝,考虑到采矿生产经常爆破产生的动力荷载对坝的作用,将坝简化为单自由度体系作结构动力分析,借助于辛普森公式对坝的动力反应进行数值计算,得出动力反应位移和弹性恢复力的近似基本参数,为该坝的结构设计和在正常使用阶段考察其耐久性提供了重要依据。     

移动列车荷载作用于单层Euler梁上时地基土的变形分析

以弹性波动理论及分层法为基础,提出一种计算车辆-轨道-地基土耦合体系动力响应的方法,其中将列车荷载分别简化为移动荷载、单自由度移动质量块及双自由度移动体系,轨道模拟为单层的Euler梁.考虑车辆-轨道-地基土的协同工作,计算地基土的变形.计算分析表明:1)地基土变形最大值出现在荷载作用点附近;2)将列车荷载仅仅简化为移动荷载是不合理的;3)车辆重量对地基土变形影响较大;4)车辆与轨道结构本身均有一定的减振功能.同时,与同类研究方法相比,该方法有计算量小的优点.研究成果可为研究由列车振动荷载引起的环境振动分析和评价提供参考.