土壤——多层结构相互作用体系地震位移响应的近似计算

土壤——多层结构相互作用体系地震位移响应基本上是由第一振型控制的,只要知道了体系的基本周期T_1及第一振型阻尼比D_1,即可由地震记录的位移反应谱求出该体系地震位移响应的近似值。因此,对相互作用体系的基频及第一振型阻尼比进行近似计算有着重要的工程意义。 关于基础有埋深的土壤——结构相互作用体系基频及第一振型阻尼比,Bielak曾经作过     

土壤—结构相互作用体系基频的近似计算

土壤—结构相互作用体系的地震位移反应基本上是由该体系的第一振型所控制的。因此,对土壤—结构相互作用体系的基频及第一振型阻尼比进行近似计算有着重要的工程意义。 关于相互作用体系的基频,Velitsos[2]及Bielak[3]都曾提出过近似计算公式。但这些式子均失之过繁,运用起来甚为不便,特别是对于基础有埋深的结构,若不用计算机则简直无法进行计算,而且他们都只给出了土壤—单层结构相互作用体系的近似计算公式。     

阻尼对空爆荷载等效静载动力系数的影响

为考查阻尼参数对空爆荷载等效静载动力系数的影响,理论推导了空爆荷载下结构等效单自由体系弹塑性位移解及延性比解,设计并计算了阻尼比0.000 1～0.1、延性比1～4的20种典型工况的动力系数,并与现行抗爆设计规范动力系数公式结果进行了对比。结果表明:阻尼比小于0.000 1时可基本代表无阻尼状态,阻尼比0.01的动力系数比无阻尼的最大降低幅度为2.08%,数值差异很小,因此阻尼比为0.01以内时,可忽略阻尼对动力系数的影响;阻尼比0.05的动力系数比无阻尼的降低幅度约9.92%,数值差异较大,认为阻尼比0.05以上时将具有明显的经济效益;现行设计规范动力系数更适用于柔性结构体系,运用于刚性结构抗爆设计时,计算误差较大,对阻尼比较小的结构设计更不利。     

超空泡运动体圆柱薄壳的非线性动力屈曲分析

超空泡运动体的动力屈曲失稳具有隐蔽性、突发性和危险性, 因而必须研究清楚运动体的失稳区域边界及失稳振幅. 将超空泡运动体模拟成受轴向周期载荷作用的细长圆柱薄壳, 给出非线性几何方程、物理方程和平衡方程, 建立细长圆柱薄壳带有非线性项的动力屈曲微分方程组; 依据非线性项的形式, 给出合理的非线性位移表达式, 得到具有周期性系数的非线性横向振动微分方程; 采用伽辽金变分法和和鲍洛金方法, 获得带有周期性系数和非线性项的马奇耶方程; 求解非线性马奇耶方程, 得到第一、第二阶不稳定区域内的定态振动振幅的解析表达式; 绘制超空泡运动体的非线性参数共振曲线, 分析航行速度、载荷比例系数、轴向载荷频率和振型对参数共振曲线的影响. 以上研究为建立基于参数共振的圆柱薄壳动力失稳的可靠性分析及基于参数共振可靠性的结构动力优化设计的奠定了理论基础.      

砂土中锚板抗拔性能试验研究

运用自行研制开发的试验装置和数据采集系统,对锚板在砂土中的抗拔性能进行了试验研究。分析了锚板在松砂和密砂两种情况下抗拔力和位移的关系曲线特征,研究了不同埋深率下抗拔力和破坏系数的变化规律,并根据抗拔力与破坏系数随埋深率的变化趋势得到了松砂和密砂状态下的临界埋深率。试验结果表明,密度对砂土中锚板的抗拔性能有非常大的影响,增加砂土的密实度可以大幅度提高锚板的抗拔承载力并显著减小锚板的位移变形。增加锚板的埋置深度同样也可以大幅提高锚板的抗拔承载力,但抗拔承载力的增加幅度受临界埋深率的限制,临界埋深率随密度增加有增大的趋势。该试验结果可为锚板上拔预测模型的建立及设计提供参考依据。     

爆炸冲击荷载作用下弹性支撑拱结构的动力响应分析

利用数值分析方法,系统研究了爆炸冲击荷载作用下弹性支撑对拱结构动力特性和动力响应的影响。研究表明:弹性支撑使拱结构自振频率减小,随着弹性支撑刚度系数的增加,各阶频率逐渐增大,其中对低阶频率的影响比高阶频率大;弹性支撑临界刚度系数是弹性支撑拱结构动力特性的分界点,此时结构第一阶、第二阶的频率几乎重合,出现模态转向;弹性支撑并不总是具有缓冲减振的效果,弹性支撑刚度系数较小时,缓冲减振效果较好,但会引起较大的拱脚竖向位移,在工程实际中可能并不适用;弹性支撑刚度系数较大时,在爆炸冲击消失以后,由于非线性振动等因素的影响,会出现振动增强,尤其当弹性支撑刚度系数接近弹性支撑临界刚度系数时,结构振动增强最为剧烈,此时设置阻尼支撑可消除振动增强。本文结果表明应综合设置刚度系数较大的弹性支撑和阻尼支撑以提高结构的抗爆承载能力。     

多维地震激励下地基与结构相互作用系统动力反应耦联分析

为研究多维地震作用下地基与结构相互作用系统动力反应的基本规律,进行密肋复合墙结构与地基相互作用系统的模型振动台试验,测试了输入El-Centro波及天津波时地基与结构的加速度及位移反应,观测了地基开裂破坏现象。依据相互作用体系中上部结构的动力反应耦联模式,分析了结构加速度与位移反应耦联效应随高度的变化规律,研究了相互作用体系中结构振动耦联机制。结果表明:随测点高度的增加,加速度耦联效应系数除在顶层发生突变外,其余各测点的值均较为接近,且多数加载工况下位移耦联效应系数随高度的变化不明显;随着输入地震波烈度的提高,地基土先开裂而后略密实,结构顶部动力反应的耦联效应系数先增大后减小,相同烈度不同加载工况对应的值相差在10%以内。由此可见,在地震作用下地基的开裂破坏,导致地基与上部结构的接触发生变化,使结构在多维地震波作用下的动力反应发生耦联。     

THE TRANSVERSE NONLINEAR FREE VIBRATION AND THE BUCKLING OF A COMPRESSIVE BAR ON AN ELASTIC FOUNDATION

基于Hamilton 原理,运用假设时间模态法,得到了弹性基础上压杆的横向非线性自由振动与屈曲的位移型常微分控制方程. 考虑一端固定另一端可移简支边界条件,采用打靶法得到了结构第一至第三阶结构频率与一阶屈曲载荷的数值结果. 结果表明：随轴心压力增加,结构频率减小;随弹性基础刚度增加,结构频率与屈曲载荷均增加;弹性基础刚度对结构频率的影响随振型阶数增加在减小;在小振幅的情形下,不同振型对一阶屈曲载荷的影响很小.     

基于大质量法的结构零频率振型的动力特性

在介绍大质量法基本原理的基础上,根据多点输入下结构无阻尼动力反应方程,通过理论推导论证了基于大质量法所得到的结构体系零频率振型的动力特性．理论推导的结果表明：基于大质量法的结构零频率振型为该结构的拟静力模态向量的线性组合,其中组合系数为该结构零频率振型中对应于结构基底释放自由度的子向量中的各个元素．最后,通过3个简单多自由度动力体系的数值结果验证了上述结论．     

线性粘滞阻尼耗能框架结构地震反应分析与优化

振动方程阻尼矩阵对于布置了阻尼器框架结构的振型不再具有正交性,传统的振型解耦法已不再适合于该振动方程的求解。本文采用状态方程直接积分法,研究了线性粘滞阻尼耗能框架结构的地震响应,并与SAP2000有限元软件的分析结果进行了对比,两者误差在5%以内;本文也探讨了阻尼器布置方式对框架结构地震响应的影响。结果表明:减震结构布置阻尼器的楼层,其层间位移角减小较显著;但未布置阻尼器的楼层,其层间位移角较大,甚至会出现层间位移角超过传统抗震结构相应值的现象,因此粘滞阻尼器在结构中应连续布置,不宜在结构中间断;当粘滞阻尼器在结构各楼层均匀布置时,结构各楼层最大位移反应相对传统抗震结构降低很多,约为抗震结构的20%~40%,减震效果较显著,但各楼层阻尼系数可根据均匀布置阻尼器的结构层间位移角优化;阻尼系数优化后,结构各楼层层间位移角差别减小,较为均匀。本文最后提出了线性粘滞阻尼耗能结构地震作用的实用计算方法。     

桅杆自振特性的一个计算方法

由于社会主义建设事业的发展,用于广播、电视及气象的桅杆越来越多的建设起来,而关于桅杆的动力问题至今研究甚少.本文按矩阵位移法求得自由振动的频率和振型.并对某桅杆做了实测,其结果与文中提出方案的计算结果较为符合. ...     

基础滑移隔震体系的地震响应计算

利用随机振动理论求出了基础滑移隔震房屋在无频谱过程的白噪声过程作用下的响应特性，探讨了基础滑移隔震的振动时最佳阻尼系数取值，提出了基础最大滑移量在白噪声过程作用下的计算公式，并进行了基础滑移隔震位移量的试验测定。计算结果与试验结果表明，本文提出的基础滑移隔震体系的计算公式是可行的，为滑移隔震房屋设计证结构安全、合理提供了理论依据。     

基于广义混合元加筋板的振动特性分析

在网格较稀疏的情况下,采用位移元分析加筋板的振动特性问题时,模型的刚度偏硬,因而数值结果的误差较大。本文首先提出了考虑结构振动特性的广义混合变分原理,在此基础上建立了六面体非协调广义混合元的无阻尼自由振动特征方程。从理论上讲,非协调广义混合元的刚度矩阵相对于非协调位移元的刚度矩阵较柔,因此数值结果更加接近实际结构的真实解。数值实例分析表明,在有限元模型相同的情况下,非协调广义混合元模型的固有频率结果更准确。另一方面,非协调广义混合元模型的固有振型与非协调位移元模型的固有振型的一致性进一步证明了本文方法的正确性。     

隧道开挖影响下地层-基础体系的接触力学响应分析

针对隧道正交下穿既有结构施工力学响应的预测问题, 建立了考虑多体接触作用的隧道施工扰动下地层?基础体系力学响应解析预测方法. 该方法将地层视为均匀各向同性的线弹性体, 通过引入接触理论考虑地层与基础间的接触作用, 并提出“隧道开挖与基础作用换序求解”的新解析思路,确定了最终状态接触压力, 解决了隧道开挖及多体接触耦合作用下接触压力难以确定的问题, 进而依据弹性力学解的叠加性获得目标问题的解析解答. 通过对比该解析解与ABAQUS数值解, 发现两者吻合良好. 基于本方法开展参数分析, 研究了地层参数、隧道埋深、隧道边界径向位移以及外荷载集度对地表竖向附加位移、接触压力和基础内力分布的影响规律. 结果表明: 本方法可准确预测地层?基础体系的接触力学响应, 实现了地层与基础间接触力学行为的量化描述; 地层杨氏模量和泊松比对地层?基础体系力学响应的影响分别侧重于变形和受力, 而隧道埋深和隧道边界径向位移变化对受力变形均有较大影响; 地层位移受隧道开挖扰动与多体接触效应的耦合作用, 且接触影响范围局限在接触区域附近; 隧道开挖使接触压力产生“中间释放、端部集中”的重分布现象, 并由此造成基础内力的大幅增长. 当开挖扰动剧烈时, 甚至产生竖向位移不连续的脱空接触现象. 研究成果对城市浅埋隧道施工影响下地层?基础体系力学响应预测具有重要的理论意义和应用价值.      

振型归一化对梁结构柔度曲率损伤指标的影响

结构柔度矩阵需由质量矩阵归一化振型获得,而质量矩阵归一化振型难以直接测得,限制了柔度曲率类损伤指标的应用。为分析振型归一化方法对梁结构柔度曲率类损伤指标的影响,根据梁结构的刚度、弯矩和位移曲率的关系,建立了均布荷载作用下结构损伤前后位移曲率与损伤程度的理论表达式,实现定量分析均匀荷载面曲率结构损伤程度。提出P-范数振型归一化方法,通过均匀荷载面曲率指标推导了振型质量矩阵归一化系数差x_α与损伤程度的关系。以三跨连续梁算例对理论进行了验证,结果表明,损伤程度定量指标效果良好,不同P-范数振型归一化方法下,损伤程度的偏差可由2x_α估算;2-范数振型归一化方法的损伤识别结果与质量矩阵振型归一化结果最接近,故当无法获得质量矩阵归一化振型时,可采用2-范数归一化振型代替。     

实心砖石古塔动力特性与结构损伤分析

为研究"丝绸之路"起点世界文化遗产建筑兴教寺测师塔的动力性能及结构损伤,采用超低频动态测试系统进行了原位动力测试试验.在环境随机激励下,采集了该塔各楼层顶部水平振动的速度响应信号,经滤波后通过积分变换进行自谱及互谱分析,得到了结构沿水平方向的前2阶自振频率与振型.并依据结构测绘结果,建立测师塔数值模型,计算了弹性模量逐渐降低时的振动特性,并与测试结果进行对比,依据结构损伤参数识别的改进形法,进行了测师塔结构损伤分析.结果表明,该塔沿东西与南北两个水平方向的前2阶频率值相近,第1阶振型呈弯曲型,第2阶振型呈弯剪型;与无损砌体弹性模量的取值比较,测师塔结构的等效弹性模量降低较多,其结构整体损伤较为严重.因此,可通过确定无损砌体的弹性模量,采用动力测试及数值计算依据等效弹性模量进行残损砖石古塔结构损伤识别.     

求解Rayleigh阻尼系数的加权最小二乘法

在地震反应分析过程中,提出了一种优化方法以解决Rayleigh阻尼系数计算时选择两阶合理参考频率的难题。该方法是以反应谱理论为基础,以结构位移峰值误差最小为目标函数。将位移反应谱用一阶Taylor级数近似计算,从而将目标函数简化为加权最小二乘法的方程。随后以框架结构为例,讨论了模态个数和阻尼比模型对Rayleigh阻尼系数计算的影响,并与传统方法、最小二乘法及基于多参考振型的加权最小二乘法进行比较。计算结果表明,最小二乘法由于忽略了模态贡献的影响,不是计算Rayleigh阻尼系数的合理方法。当模态个数所包含的累积振型参与质量达90%以上,本文方法所得Rayleigh阻尼系数计算结果稳定,结构动力反应的计算精度高。     

拉索预应力巨型网格结构参激振动及动力稳定性研究

针对拉索预应力巨型网格结构的参激振动及动力稳定性问题进行了研究。首先建立索-拱简化模型,分析了桁架拱拉索参激振动的诱发机制与特征,并利用ANSYS软件进一步探究了参激振动的影响因素,然后对简谐荷载作用下拉索预应力桁架拱及整体结构的动力稳定性进行了分析。研究表明：当结构振动频率为索基频的2倍左右时,拉索会发生参激振动,振动响应特征与激励幅值、阻尼、拉索初张力、支承方式等相关;拉索预应力桁架拱在水平简谐荷载作用下一般会发生动力失稳破坏,在竖向简谐荷载作用下发生动力强度破坏,拉索预应力巨型网格整体结构在简谐荷载作用下通常发生动力失稳破坏。     

基础振动动力响应的边界单元分析

本文应用边界单元法对基础振动的动力响应进行了数值求解。结构的弹性动力微分方程在通过Laplace积分变换后,可以得到弹性动力的基本边界积分方程。然后在变换空间内划分边界单元进行数值求解。最后通过Laplace的数值逆变换求得时间域内的动力响应值。文中对刚性的动力基础,在简谐荷载的作用下,对于不同频率、不同压缩层厚度和基础埋深等动力响应进行了计算与探讨。     

旋转壳体结构与地基土相互作用的地震响应分析

1 前言本文采用子结构法,对上部壳体结构采用半解析曲线环壳有限单元法,场变量在圆周方向用Fourier 级数展开,根据薄壳理论导得各有限元计算式;对于基础阻抗,采用文献给出的埋置基础平移和转动耦合振动的近似法。在时域内获得安全壳的地震响应,对安全壳与地基的动力相互作用进行了讨论.