能力谱方法在桥梁抗震性能评估中的应用研究

位移延性是桥梁抗震性能的重要指标之一,以Pushover分析为基础的能力谱方法能够考察结构在地震下的弹塑性位移响应,是抗震性能评估的一种有效手段.文中阐述了能力谱法的基本原理,说明了基于弹塑性反应谱的能力谱方法在求解性能点时不需要进行迭代计算;基于弹性设计反应谱建立了相对应的弹塑性反应谱,结合某实桥,将能力谱方法和增量动力分析方法进行了对比,并根据不同的地震基本烈度和场地土类型进行了抗震性能评估.分析认为,能力谱方法计算简便,对结构1阶振型的地震响应占主导时,具有较好的精度,并能够基于设计反应谱来考察结构的弹塑性抗震性能,可用于桥梁抗震性能的评估.     

全非平稳地震作用的结构随机反应与可靠度分析

在平稳地震动过程的Clough-Penzien功率谱基础上,采用林家浩非均匀调制函数建立全非平稳地震动过程的演变功率谱。根据我国现行的《建筑抗震设计规范》进行全非平稳地震动演变功率谱的参数识别研究。应用非平稳随机过程模拟的谱表示-随机函数方法,生成建筑结构抗震设计所用地震动的代表性样本集合。通过代表性样本集合的二阶统计值及地震反应谱与目标值的拟合比较,验证本文方法的有效性。最后结合概率密度演化方法,进行以层间位移角为控制准则的结构随机地震反应分析与抗震可靠度计算。     

大跨度钢桁架转换层结构的竖向地震反应分析

对某一带钢桁架转换层的复杂高层结构进行了有限元建模,分别采用振型分解反应谱法、时程分析法和《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)的设计反应谱法对大跨高位钢桁架转换层结构的竖向地震响应进行了分析.对采用振型分解反应谱法计算此类结构响应时所要选取的振型数及振型组合方法进行了探讨,并对规范采用10％的重力荷载代表值...     

考虑结构 - 电气设备相互作用的配电楼系统地震反应分析

对电力系统的配电楼在考虑主体结构和内部电气设备相互作用情况下,进行了线弹性阶段及弹塑性阶段的地震反应分析,并把计算结果与不考虑主体结构和电气设备相互作用的计算结果进行分析比较.结果表明,在小震作用下,结构-电气设备的相互作用对配电楼的影响不明显,配电楼的抗震设计采用传统等效荷载化方法的计算结果是偏安全的;但是在大震作用下,电气设备真实的参与了整个配电楼的动力反应,并对结构产生了相对作用,这种作用是向着不利于配电楼抗震设计的方向发展,电气设备对整个结构动力反应的贡献不能忽略,此时配电楼的抗震设计如仍采用传统等效荷载化的方法是偏于不安全的.该配电楼还存在明显的偏心扭转效应,设计时应引起重视,提高角柱的抗侧移能力.     

膜型网壳结构抗震性能研究

本文采用子空间迭代法分析了单层膜型网壳结构的自振特性;推导了大跨空间结构几何非线性地震响应时程分析的计算过程,编制相应的计算程序,用振型分解反应谱法与时程法进行了结构地震响应特性分析。研究表明:膜型网壳结构的抗震性能比较好;用反应谱法分析时,水平地震作用下截断振型取15、竖向地震作用下取60可满足工程设计要求;用反应谱法计算结构竖向地震响应是安全可靠的,但进行水平地震响应分析时,最终还需用时程法进行验算。     

近场地震波最大反应到时的统计性研究

本文通过对地震反应谱的数值计算,以各种不同频率的最大反应到时为样本进行概率统计,给出了近场地震波不同频率的最大反应到时谱。为采用时程分析法进行结构抗震计算时持续时间的选取提供了依据。     

海上风电工程基础结构抗震性能研究

为了探讨海上风电工程基础与结构体系的抗震性能,采用ANSYS程序建立了三种基础型式的风电塔架结构数值模型,先采用振型分解反应谱法计算了结构的地震响应,进而分别将传统地震动和最不利地震动作为输入地震动,分析了三种基础结构体系的最大地震响应。结果显示:风电结构属典型的长周期结构,基础型式对结构的振动周期影响明显,单立柱桩式结构振动周期最长,八桩承台结构振动周期最短。地震作用下,单立柱桩结构的顶端位移响应也最大;振型反应谱法与传统地震动作用下结构的响应满足现行建筑抗震规范的要求,但最不利地震作用下结构的位移响应偏大,不满足规范对位移的相关规定;组合三桩结构底部基础与结构连接处是应力集中区。海上风电工程结构抗震设计的重要性应引起充分重视。     

基于水工设计反应谱的人工地震波合成及应用

在研究和评估水工建筑物的抗震性能时,人工模拟地震波是一种常用的输入荷载。为此本文建立了地震动的随机数学模型,确定了白噪声平稳过程的基本参数,根据设计反应谱和功率谱,功率谱与幅值谱之间的关系,并以随机相位角和强度包络线为参数,建立了频谱曲线。利用MATLAB编制相应程序,以FFT变换和FFT逆变换建立时域和频域之间的关系,调试反应谱与设计反应谱之间的误码差,实现了人工地震动的生成。为了消除人工波中残余长周期分量的影响,本文利用最小二乘法拟合原始加速度均值,利用加速度均值对人工地震动加速度进行校正,纠正了位移时程的漂移。结果表明该方法计算精度高和收敛快。最后以生成的人工地震动为输入,计算工程结构的动力响应,以期对工程抗震设计提供参考和依据。     

基于概率密度演化的基础隔震结构随机响应分析

针对抗震结构和基础隔震结构,应用概率密度演化方法对其进行多遇地震作用下的线性随机响应分析。通过引入工程地震动物理随机函数模型,采用数论选点法对多维外荷载随机变量进行离散代表点的生成并求得其赋得概率,利用离散代表点合成地震动加速度时程样本作为输入结构的随机激励,对于每条地震波,相当于对结构进行确定性动力反应分析。在求得结构响应及其相关导数后,应用TVD差分格式求解广义概率密度演化方程即可得到所求响应的时变概率密度及其演化。结果表明：基础隔震结构在随机地震作用下相比抗震结构具有良好的减震性能,隔震层的设置能够减小结构位移响应的标准差,减少了结构响应的离散型;概率密度演化方法不仅能够给出结构响应的二阶统计矩,还能全面地反映结构响应的时变概率信息,位移响应的概率密度函数分布不服从正态分布或其他常用分布,且随着时间演化。     

核主泵电机抗震分析

核电站事故具有巨大的危害性,核主泵电机作为抗震Ⅰ类物项,必须进行抗震分析.基于合理的有限元建模方法,对核主泵电机模型进行了模态分析与反应谱抗震分析,结论如下:(1)模态分析结果体现了结构的力学性能,基频的计算对于抗震分析尤为重要,该结构绕X轴的弯曲刚度最小,其次是绕Y轴的弯曲刚度;(2)抗震分析的结果不仅与反应谱峰值相关,也与反应谱载荷的卓越频率相关.地震载荷峰值越大,地震卓越频率越接近结构的基频,该结构的地震响应越大.(3)安全停堆地震下,轴承油膜不会被破坏;事故工况下可以保持结构完整性.     

特高压电气设备抗震设计反应谱特征周期取值研究

特征周期是抗震设计反应谱的重要参数,开展特高压电气设备抗震设计反应谱特征周期的研究,具有重要的理论意义和工程应用价值。对美国、日本等世界范围内的1448 条Ⅲ类场地水平向强震记录进行了统计分析,结果表明震级、震中距对特征周期有较大影响;强震记录特征周期的80%分位数结果约为0.9s。对全国近年来已通过评审的312 个Ⅲ类场地的地震安全性评价结果进行了统计分析,70%分位数的特征周期为0.9s。结合相关规范的对比分析,建议特高压电气设备抗震设计反应谱的特征周期取0.9s,可有效保证特高压电气设备的地震安全。     

特高压电气设备抗震设计反应谱特征周期取值研究

特征周期是抗震设计反应谱的重要参数,开展特高压电气设备抗震设计反应谱特征周期的研究,具有重要的理论意义和工程应用价值。对美国、日本等世界范围内的1448条Ⅲ类场地水平向强震记录进行了统计分析,结果表明震级、震中距对特征周期有较大影响;强震记录特征周期的80%分位数结果约为0.9s。对全国近年来已通过评审的312个Ⅲ类场地的地震安全性评价结果进行了统计分析,70%分位数的特征周期为0.9s。结合相关规范的对比分析,建议特高压电气设备抗震设计反应谱的特征周期取0.9s,可有效保证特高压电气设备的地震安全。     

抗震分析反应谱法和时程分析法数值仿真比较

基于ANSYS有限元软件比较抗震分析反应谱法和时程分析法的地震数值仿真结果,研究二者的共同性和仿真结果的可比较性。结果表明,反应谱法和时程分析法在抗震反应计算中都体现了地震动特性和结构动态特性对结构地震响应的影响,二者在响应最值和响应频率上的仿真结果具有一致性。     

高压电气设备抗震可靠性分析方法

提出了基于反应谱理论的高压电气设备抗震可靠性分析模型与计算方法。利用极大值分布理论反映地震动的随机过程特性,结合一次二阶矩阵理论建立了可以同时反映地震动变异特性与高压电气设备材料变异特性的高压电气设备抗震可靠性分析方法。应用这一方法,可以系统地进行高压电气设备的抗震可靠性分析,计算出高压电气设备在不同烈度、不同场地条件下的抗震可靠性指标与可靠概率。所得结果可为高压电气设备抗震性能评价与电力系统抗震     

软母线连接电气设备地震响应定量分析

通过母线连接的电气设备与独立设备地震响应存在较大差异。为定量研究软母线连接体系对设备的地震响应,将软母线简化为悬索结构,建立耦联体系等高设备和单体设备的地震运动方程组,采用龙格-库塔方法计算得到广泛参数下的位移响应比,并通过基于后向消去法的多元回归分析对各关键参数的影响进行量化,得到软母线耦联等高设备地震位移响应比公式。通过与实际振动台试验数据对比验证了该响应比公式的准确性。研究结果可为实际电气设备及变电站的抗震可靠性分析提供参考。     

基于概率的变电站系统抗震性能评估方法研究

正电力系统对于震后抗震救援工作的开展极为重要,作为电力系统的重要组成部分,变电站的抗震性能需要进行深入研究。近年来学者大多针对变电站中电气设备的抗震性能以及变电站正常运行情况下的可靠性进行研究分析,对变电站系统整体抗震性能的研究不足,缺乏评价指标与实用评估方法。本文提出了一种基于概率的系统评估方法,称为状态树方法,可用于评估具有多输入-多输出特征的工程系统的抗震性能,以一个典型220 k V变电站为例阐述了该方法的有效性与实用性。该方法分为4步:(1)定义系统功能;(2)进行系统分析,建立状态树模型;(3)定义部件易损性;(4)利用蒙特卡洛方法计算系统易损性。另外,考虑到电气设备的特殊性,在对大量地震动记录进行统计分析的基础上,对抗震设计反应谱提出了修订建议。本文的主要研究内容如下:(1)对比分析了国内外关于建筑结构、电气设备的抗震设计规范的异同,指出我国规范的问题与不足。搜集近年来美国NGA-West2、日本Ki K-net数据库公布的超过万条强震记录,按照《建筑抗震设计规范》(GB50011—2010)划分4类场地,计算伪加速度平均反应谱,采用最小二乘法进行多参数拟合,重点研究了特征周期、动力放大系数和衰减系数的变化趋势,分析了水平向和竖向地震动反应谱的区别,提出了分别适用于结构、设备的抗震设计标准反应谱。另外,开发了基于反应谱的天然地震动选择程序、人工地震动生成程序,给出了适用于计算电气设备易损性的36组天然地震动。(2)对现有系统分析评估方法进行介绍,指出不足之处。提出一种新的系统分析方法,将故障树方法与成功路径概念相结合,称之为状态树方法。针对一个典型的220 k V变电站,以输送电能为目标,定义了变电站系统的功能。结合变电站平面布置、电气连接方式建立了完整的状态树模型,描述了变电站中各部件的逻辑关系,包括变压器、断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、绝缘子以及各种支架等。(3)对110 k V电压互感器、110 k V电流互感器和10 k V高压变频器进行振动台试验,测试其动力特性与抗震性能。建立电压互感器、电流互感器数值模型,根据36组地震动时程分析结果确定了电气设备的易损性。搜集、整理、分析了现有110 k V和220 k V各类电气设备的易损性研究结果。根据振动台试验、数值模拟以及文献调研的结果,采用双对数正态分布描述电气设备的易损性,确定了各类电气设备的抗震能力中值、随机性和不确定性。(4)结合系统状态树模型与部件易损性参数,利用蒙特卡洛方法计算了变电站不同功能需求对应的抗震能力中值及对数标准差。通过参数分析,研究了部件易损性参数、易损性曲线形式对变电站整体抗震能力的影响。根据各部件对变电站抗震性能的影响大小,确定了变电站的关键设备(薄弱环节)。针对抗震能力较差的电气设备,分析了提高这些设备抗震能力对变电站整体抗震能力的影响。     

土-结构相互作用地震反应的非经典振型分解反应谱方法

土-结构联合动力体系是非正交阻尼系统,本文建立了这种非正交阻尼系统地震反应的非经典振型分解反应谱方法,并提出了各非经典振型谱反应的组合公式。这种反应谱方法包含两个反应谱——实部反应谱和虚部反应谱。当假定地震加速度为具有平缓的功率谱平稳随机过程时,上述两个反应谱近似相等。对EL Centro(1940)和天津(1976)地震记录的计算也表明了这一点。对实际高层建筑和高耸结构的计算表明,该法计算简便,易为实际工程抗震分析所应用。 这种方法适用于诸如流体-结构、流体-土-结构以及不同性质材料组成的组合结构等任何非正交阻尼系统的地震反应分析。     

基于随机地震动模型的结构随机地震反应谱及其应用

本文考虑给定地震烈度下地震地面运动的随机过程性，得强震记录统计确定的地震持时和我国地震规范采用的地震地面最大加速度平均值，确定了平稳过滤有色噪声地震动模型的参数；通过大量计算和回归分析，得到了单质点振子均方地震位移的实用计算公式，提出了随机地震反应谱，等效随机地震静荷载及结构地震随机反应和可靠性分析的实用方法，把结构在随机地震动作用下的动力可靠性分析转化成了结构在等效随机地震静荷载作用下的静力可靠     

超大型冷却塔随机地震响应分析

为全面掌握核电超大型冷却塔的抗震性能,首先进行结构的模态分析,然后采用振型分解反应谱法和弹性时程分析方法,计算结构在多遇地震作用下的响应,并对结构进行考虑材料和几何非线性的动力弹塑性时程分析,得到结构在罕遇地震作用下的响应。由于超大塔支柱跨度达到170m,还首次对结构进行了考虑行波效应的多点激励分析。结果表明:结构前8阶振型以局部振动为主,直到第9阶出现整体倾覆振型。在多遇地震作用下,支柱的最大位移和基底剪力均满足规范要求,且水平地震反应远大于竖向地震反应。在罕遇地震作用下,支撑结构位移角远小于规范限值,出现的塑性铰数量较少,且主要分布在支柱与壳体的连接处。多点输入对支柱内力影响较为不利,而对支柱位移和塔筒内力影响较小,塑性铰出现的数量稍多且破坏程度更加严重。     

随机地震作用下隧道结构抗震可靠度研究

地震引起的地面运动是非常复杂的随机过程,具有时间和频率非平稳的特性。用确定性方法对隧道结构抗震性能的评价未能考虑地震动的随机性。本文提出采用概率密度演化法计算隧道结构在随机地震作用下变形响应的概率分布,并引入变形指标计算其在随机地震作用下的可靠度以评估抗震性能。首先根据概率守恒原理的随机事件描述建立概率密度演化方程;其次,根据相应的初始条件与边界条件,采用总变差不增(TVD)格式的有限差分方法求解方程;最后求和得到隧道结构变形指标的概率分布并依据指标限值给出可靠度。结果表明,在随机地震作用下,隧道结构变形响应的概率分布与地震动强度随时间变化规律一致。采用不同变形指标计算得到的可靠度存在差异,直径变形率对应的结构可靠度为0.752 1,隧道倾斜角对应的结构可靠度为0.875 0。