车桥耦合动力分析中地震动输入模式的研究

依据地震作用下车桥动力相互作用的特点,建立地震-车-桥简化耦合模型和多自由度耦合模型,进行理论推导,研究采用地震动位移输入、加速度输入模式进行考虑地震作用的车桥耦合动力分析的特点和适用性.以8辆车编组的高速列车通过3跨钢桁拱桥为研究对象,考虑行波效应,进行地震动位移输入和加速度输入2种模式下的车桥耦合动力响应的数值计算对比分析.研究结果表明:位移输入模式对于所有轮轨关系均能适用;而加速度输入模式仅适用于轮轨关系为线性的情况,并且需要考虑拟静力分量对车桥耦合系统的影响;对轮轨关系为非线性的情况,采用地震动加速度输入模式,在车速超过80 m· s-1时会导致耦合系统动力响应被严重低估.     

减隔震规则桥梁的模态分析方法研究

为改善模态分析方法应用于减隔震规则桥梁的计算精度，以高速铁路典型简支梁桥为研究背景，基于位移反应谱提出一种能够考虑高阶模态的分析方法。通过选取强震记录调整后进行非线性时程分析，与现有的基于加速度反应谱和基于位移反应谱的单模态简化分析方法进行计算精度的比较。分析结果表明，相比常规的单模态分析方法，考虑了高阶模态后的基于位移反应谱多模态分析方法更为准确。基于加速度谱的单模态分析方法严重低估了墩顶位移，误差超过60%;仅考虑基阶模态的基于位移反应谱的分析方法将低估墩底剪力，误差超过30%,造成设计偏于不安全；而基于位移反应谱的多模态分析方法能够更为准确地估算各项地震响应参数。     

基于模态参预的激励自由度有效性研究

为研究模态试验激励自由度有效性问题,分3种工况改变激振器输入力相位,对某城际动车组进行静态台架激振器试验,得到输入力及响应加速度信号。根据模态分析理论,利用Test.Lab软件识别车体典型模态参数,并同时得到各阶模态留数矩阵。根据模态参预的定义,得到不同工况下激振力对各阶模态的模态参预。最后根据模态参预矩阵对激励自由度有效性进行判定,同时给出车体1阶垂直、弯曲及车体1阶扭转模态的最佳激励方式,并依据模态参预对模态参数估计的准确性进行简单说明。     

考虑空间相干的虚拟激励法在大跨度空间结构随机振动分析中的应用

采用虚拟激励法分析大跨度空间结构的随机地震响应,通过对网架、网壳、索网和索穹顶4种结构形式在一致和多点输入下结构节点的位移响应方差及加速度功率谱的分析,给出了考虑空间相干性的多点输入法与一致输入法之间结构响应的差异以及变化规律,并探讨了拟静力项对不同结构形式的影响,为大跨空间结构设计提供理论依据。同时,计算还表明虚拟激励法是一种高效且精确的方法,对于分析大跨度网格和索结构这样复杂结构在多点输入下的地震响应是很合适的。     

高速铁路南京大胜关长江大桥地震响应分析

采用大型通用有限元软件ANSYS,建立南京大胜关长江大桥主跨的连续钢桁架拱桥的有限元模型,运用反应谱分析法对全桥结构进行地震响应分析.选用经过加速度幅值调整的El-Centro地震波作为输入地震波,进行大跨度连续钢桁架拱桥一致激励下以及4种不同波速地震行波作用下的全桥结构内力和位移时程响应分析.分析结果表明:南京大胜关桥的整体结构较柔,采用反应谱法计算地震波作用下的桥梁地震响应和采用时程分析法得到的一致激励和多点激励下的桥梁地震响应差别较大,多点激励下的横桥向和竖向地震位移响应是一致激励地震时程计算得到的位移响应的2～3倍;在地震波波速为500或1 000 m·s-1时,桥梁结构关键位置杆件的弯矩达到最大.因此,在进行大跨度拱桥的地震响应动态时程分析时,应该考虑多点激励,以反映桥梁结构在真实地震作用下的实际受力状态和变形性能.     

快速多点输入反应谱法在大跨空间网格结构中的应用

应用快速反应谱法分析了多点输入下大跨空间网格结构的地震响应, 通过对网架和网壳两种结构形式在一致输入和多点输入下结构节点的加速度响应对比分析,考查了两种输入方法下不同视波速时网架和网壳结构响应的差异和变化规律,并分析了视波速和结构跨度对这种差异的影响.其中,分别考查了多点输入下视波速为Vapp＝50,100,200,500 m/s共4种情况,同时考查了拟静力加速度对不同结构形式的结构响应的影响,为大跨空间结构设计提供理论依据.同时,计算表明,快速反应谱法是一种高效、精确的结构抗震分析方法,对于分析网壳、网架这样复杂大跨度结构在多点输入下的地震响应是很合适的,为理论和实践搭建了桥梁.     

夹层橡胶垫基础隔震框架结构非线性时程分析

采用大型有限元分析软件ANSYS,对基础隔震与传统抗震的多层钢筋混凝土框架结构进行了地震反应时程分析。对比基础隔震与传统抗震结构在同一地震波输入下的动力反应,研究2种结构模型的加速度、层间剪力、层间位移以及阻尼比对减震效果的影响。研究结果表明:钢筋混凝土框架结构采用基础隔震技术之后,结构地震反应明显降低。     

高层钢-混凝土混合结构的弹塑性时程分析

采用ABAQUS通用有限元软件分析钢-混凝土混合结构在地震作用下的动力特性及动力时程反应,得到了结构在不同地震烈度下的顶点位移时程、加速度时程、楼层位移及层间位移角反应;并研究了地震作用下混合结构的开裂、屈服与破坏情况。研究结果表明:混合结构的楼层侧移呈弯剪综合的变形特性;结构的最大层间位移角发生在结构的中下部楼层,且随地震烈度加大,最大层间位移角出现的楼层位置呈下移趋势;混凝土核心筒的连梁先于底层剪力墙发生破坏而成为结构的薄弱环节。     

高阶模态对铁路减隔震桥梁地震响应的影响

研究目的:针对减隔震桥梁的抗震分析,各国规范都提出了单模态的反应谱分析方法,然而在一些条件下高阶模态的参与程度增加将导致单模态的分析方法产生严重的偏差。为分析高阶模态对减隔震桥梁地震响应及简化抗震分析方法的影响,本文以高速铁路典型简支梁桥为例,采用模态时程分析方法探讨基阶模态对减隔震桥梁墩顶位移、墩底剪力等各项不同地震响应参数的贡献程度,并采用直接积分的非线性时程分析方法研究罕遇地震作用下墩顶位移峰值时刻、墩底剪力峰值时刻等多个关键时刻桥墩-减隔震装置-主梁体系的变形特点,最后采用一种单模态反应谱分析方法说明高阶模态对该类方法计算精度的影响。研究结论:(1)在墩高较高或减隔震装置设计位移较大的情况下,高阶模态将极大影响减隔震桥梁的地震响应;(2)基阶模态对于减震榫变形和主梁位移的贡献较大,而对墩顶位移和墩底弯矩的贡献较小,对墩底剪力的贡献程度最低;(3)高阶模态的影响会降低单模态反应谱分析方法的计算精度,尤其是墩底剪力;(4)本研究成果可应用于高铁桥梁的减隔震设计。     

抗震设计反应谱统一计算方法及谱兼容地震波

国内外各类抗震设计规范对设计反应谱给出了不同的计算方法,对各类反应谱不同的计算方法进行对比分析;利用世界范围内大地震时获得的数字强震仪记录,计算相应的加速度反应谱;结合结构动力学理论分析及统计分析方法,提出抗震设计反应谱统一计算公式。实际强震地震波具有高度的非平稳性,人工地震加速度时程不能直接反映实际地震加速度时程的非平稳性。为了得到与实际地震波类似的高度非平稳性且与设计反应谱兼容的地震加速度时程,以一组强震地震波为母波,得到与设计反应谱兼容的人工地震加速度时程。通过对人工地震加速度时程与实际地震波比较,发现其继承了实际地震波的非平稳性;同时人工地震加速度时程反应谱与目标设计谱具有较好的一致性。     

轨道交通车辆模态参数辨识方法研究

运用子空间辨识数值算法直接辨识出轨道交通车辆动力学系统的状态方程,对系统矩阵进行特征值分解后获得模态频率和阻尼比,运用稳态图来确定系统的物理极点,最后获得所识别系统的模态参数。利用此法,对轨道交通车辆垂向仿真模型进行了模态参数辨识研究。研究结果表明:如以轨道不平顺作为车辆输入、以车体和构架的位移响应作为系统输出进行辨识,则即使在噪声信号较大时,仍能获得良好的识别效果;运用仿真模型的加速度输出信号进行辨识时,车辆模态参数的识别精度受噪声影响很大;当噪声信号为原信号的5%时,以构架加速度作为输入、车体振动响应作为输出,仍能有效地识别车体的模态参数。     

基于振动台的钢筋-沥青隔震层能量平衡分析

根据能量法原理,列出钢筋-沥青复合隔震层在整个地震过程中的能量平衡等式;结合不同隔震层高度、不同地震波输入和不同加速度输入下钢筋-沥青复合隔震层的振动台试验数据,从总输入能、变形能、动能与阻尼耗能几个方面对隔震层试件进行能量平衡分析,绘制试验过程中的能量时程曲线。研究结果表明：相同高度和加速度输入条件下,阻尼耗能和塑性变形能随加速度的增加呈非线性增大;阻尼耗能在振动台试验中占总输入能量的60%-70%,对结构耗能起主导作用,说明钢筋-沥青复合隔震层具有较好的耗能特性;同时误差分析表明,该能量分析方法可行。     

无碴轨道桩板结构路基在地震荷载下的动力响应分析

结合遂渝线无碴轨道桩板结构路基,采用天津(1976年)地震波,基于弹塑性本构关系,建立桩、板和土体的三维实体模型,利用有限元软件ANSYS,对桩板结构路基在地震荷载下的动位移、加速度及竖向应力的动力响应进行数值模拟。分析计算结果可知,在地震荷载下桩板结构路基不同位置处的动位移、加速度响应基本一致,滞后现象不明显;桩底持力层的动位移、加速度幅值略小于其他位置。相对于输入的地震加速度,桩板结构路基响应的加速度幅值被放大,而对应的时刻都滞后于输入的加速度最大值的时刻。在桩截面处的承载板受力不利,所以在桩截面处的板截面需加固处理以满足抗震设计要求。桩的存在对周围土体的动力响应有一定的影响,但总体来说,影响程度很有限。     

采用铅芯隔震橡胶支座的连续梁桥地震能量反应分析

基于多自由度桥梁体系地震能量反应方程,以一座铅芯橡胶支座隔震连续梁桥为例,选取5条具有代表性的地震波利用有限元的方法对全桥进行非线性动力时程分析,研究地震动峰值加速度、支座铅芯屈服力和屈服后刚度对桥梁结构地震能量反应的影响。分析结果表明:地震动峰值加速度对桥梁结构地震能量反应的影响较大,但对支座耗能比及阻尼耗能比的影响较小;支座铅芯屈服力及屈服后刚度对桥梁结构地震能量反应的影响较大,铅芯屈服力及屈服后刚度越大,支座耗能比越小,阻尼耗能比越大,反之亦然。增大支座铅芯屈服力及屈服后刚度不利于支座的滞回耗能,因此,在保证强度及位移要求的前提下应尽量采用铅芯屈服力及屈服后刚度较低的铅芯隔震橡胶支座。     

某客运专线新站楼盖天桥人行激励下的振动舒适度计算

采用三维有限元法,对某客运专线新站站房人行天桥进行人行荷载激励作用下的振动时程响应分析,得到该人行天桥的自振特性以及横竖向加速度和位移响应.与已有的国内外规范和传统的桥梁振动舒适度评价标准进行对比分析,对该天桥在随机人行荷载激励作用下的行走舒适度进行评估.     

粘滞阻尼器被动消能体系基于位移设计方法

针对新建粘滞阻尼器被动消能体系和已建结构采用粘滞阻尼器进行加固,其现有设计方法需要多次试算、十分繁琐的情况,将结构等效为SDOF体系,基于目标位移可以很方便地求出所需粘滞阻尼器的附加阻尼比,选择合理的分布模式即可计算出结构各层安装阻尼器的数量。采用1栋5层的新建结构和1栋10层已建结构验证该方法。时程分析和振型Pushover分析结果表明,采用该方法在Pushover适用范围内可以取得较高的精度。     

侧向荷载分布方式对混合结构Pushover分析结果的影响

采用ABAQUS有限元软件对影响Pushover分析方法的关键因素即侧向荷载的分布形式时混合结构Pushover分析结果的影响进行研究,研究加栽棋式对混合结构顶点位移与基底剪力的关系曲线、层间位移、屈服破坏机制等的影响.研究结果表明:不同的侧向荷栽分布模式对结构的影响不同,结构的侧向变形和最大层间位移出现的位置不同,塑性区域产生的时间和次序都有较大差别;对于每一种加载模式.其所能检测到的结构破坏机制是惟一的,塑性区首先出现在结构的薄弱部位,然后,其他区域也出现塑性区域,最后,由于弹塑性变形过大,从而导致结构破坏.     

车辆振动加速度响应分析的速度—频域方法

为直接从车辆振动加速度响应中提取车辆特性和车辆激励特性,引入车辆速度参量,构成系统响应—特性—激励关联方程组;由空间输入功率不变的物理特性得到并论证车辆激励特性随车辆速度变化的频域数值规律:激励频率与车辆速度成正比,随机激励加速度等效功率谱与车辆速度的3次方成正比,周期激励加速度等效功率谱与车辆速度的4次方成正比;车辆特性随车辆速度变化较小,即使发生蛇形,只要振动传递路径不发生变化,轮对以上部件间的振动传递关系也基本与车辆速度无关.据此,给出车辆加速度响应分析的速度—频域方法,通过对速度—频谱和速度—名义传递三维图中基本不随车辆速度变化、随车辆速度线性变化和高速低频区突变3类局部峰值的识别,实现对系统响应—特性—激励关联方程组的工程求解.运用结果表明:该方法有效实现了车辆特性与车辆激励的解耦及耦合分析.