随机过程激励下随机结构系统可靠度分析的一种方法

提出了随机过程荷载激励下，具有随机参数的结构系统可靠度分析的一种方法，该方法基于首次超越破坏机制，分析随机过程荷载激励下，结构参数（随机变量）取某一确定向量时的条件失效概率，采用Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ技术模拟结构参数的随机性，由条件失效概率给出随机结构的无条件失效概率，最后对中方法和程序作了检验，并进行了实际计算。     

考虑非高斯特性的结构首次失效时间计算

本文发展了一个计算具有非高斯特性的结构首次失效时间的解析方法.该方法利用Hemite矩模型将非高斯结构反应映射为标准高斯过程,由此计算反应的平均超越率、成群超越以及初始状态的影响,并最终给出结构的首次失效时问概率.二次力函数激励下线性单自由度系统的首次失效时间分析说明了该方法的使用过程,同时对该方法的计算结果与Monte Carlo模拟结果进行了对比.     

地基土—多自由度非线性结构相互作用体系的非平稳随机动力响应分析

本文应用一个改进的等效线性化方法探讨了地基土——多自由度非线性结构相互作用体系在随机地震荷载作用下的非平稳动力响应问题。对非线性恢复力模型采用一个具有三线性滞回特性的非线性系统。最后将在平稳Gauss过滤白噪声激励下的非平稳随机响应与Monte-carlo法的统计结果进行了比较,得出了较为满意的结果。     

贮仓构筑物的地震可靠性分析

本文给出了贮仓构筑物在其使用期间内破坏概率的计算方法。地震激励用随机过程表示。在分析过程中,分别采用首次超越破坏准则和疲劳破坏准则。最后附有两个贮仓构筑物计算实例。     

旗帜型滞迟系统的首次穿越失效研究

自复位结构作为一种新型的抗震结构模型受到广泛关注,但这类结构的随机振动问题是技术上的难点,而首次穿越失效作为结构可靠性分析的一个重要模型,则属于非线性随机振动研究中最为困难的问题之一。本文针对随机地震激励下旗帜型滞迟系统的首次穿越失效问题。将旗帜型自复位恢复力在广义谐波平衡技术下应用,近似为幅值相关的等效阻尼和等效刚度组合,从而推导出系统运动方程的等效系统;利用随机平均原理导出关于幅值的平均It?微分方程;采用有限差分法并结合适当的边界条件和初始条件,求解与上述方程对应的后向Kolmogorov(BK)方程,得到首次穿越时间的条件概率密度函数和条件可靠度函数。作为算例,分别讨论了两种随机地震激励模型作用时,系统参数对条件可靠性函数与首次穿越时间的条件概率密度函数的影响。另外,通过与对原方程的蒙特卡罗模拟数据的对比,验证了理论解的有效性。     

非平稳随机激励下结构体系动力可靠度时域解法

将结构动力方程写成状态方程形式,采用精细积分法对其进行数值求解,导出了非平稳激励下结构随机响应的时域显式表达式,该过程的计算量仅相当于两次确定性时程分析的计算量. 基于该显式表达式,结合首次超越失效准则,提出了非平稳随机激励下结构体系动力可靠度的数值模拟算法. 与功率谱方法相比,该方法无需同时在时频域内进行大量数值积分,也无需引入关于响应过程跨越界限次数概率分布, 以及各失效模式相关性等方面的假定. 通过数值算例, 对比了该方法与泊松过程法、马尔可夫过程法、传统蒙特卡罗法的计算精度和计算效率,结果显示该方法具有理想的精度和相当高的效率.      

单自由度体系地震动力响应的混沌特性分析

引入非线性动力学理论和混沌时间序列分析方法考察地震动作用下单自由度体系动力响应的混沌特性。输入典型近断层地震动记录,定量计算了代表性周期的单自由度弹性和非弹性体系加速度响应时程的非线性特性参数。计算表明,这些加速度响应的关联维数为分数维,最大Lyapunov指数大于0;地震动激励下单自由度体系的地震动力响应具有混沌特性,不是完全的随机信号,为理解结构地震动力响应的不规则性与复杂性提供了新思路和新视角。     

储液罐和火箭储液仑的动力可靠性分析

本文给出了储罐和储液仓在其使用期间内破坏概率的计算方法。干扰荷载用随机过程表示,分别使用首次超越破坏准则与疲劳破坏准则对结构进行了动力可靠性分析,文后,附有储液罐水弹性结构的动力可靠性计算实例。可应用于火箭储液仓的随机振动分析及储油罐的随机地震分析。     

非平稳随机激励作用下多自由度体系系统动力可靠性研究

首先应用Ｐｒｉｅｓｔｌｅｙ的演变谱理论，推求了多自由度线性体系在非平稳随机激励作用下的响应演变谱密度和时变均方响应。同时结合首次超越理论，分析了在非平稳随机激励作用下，多自由度体系系统动力可靠性问题。最后讨论了确定多自由度体系系统动力可靠性上下限的问题。     

非线性随机结构动力可靠度的密度演化方法

建议了一类新的非线性随机结构动力可靠度分析方法。基于非线性随机结构反应分析的概率密度演化方法,根据首次超越破坏准则对概率密度演化方程施加相应的边界条件,求解带有初、边值条件的概率密度演化方程,可以给出非线性随机结构的动力可靠度。研究了数值计算技术,建议了具有自适应功能的TVD差分格式。以具有双线型恢复力性质的8层框架结构为例进行了地震作用下的动力可靠度分析,与随机模拟结果的比较表明,所建议的方法具有较高的精度和效率。     

独立失效模式多自由度随机滞回系统可靠性分析

基于Bouc-Wen滞回模型,研究了由滞回环本身的随机性导致的多自由度非线性随机系统可靠性分析问题。基于结构失效的首次穿越模型,应用四阶矩技术和Edgeworth级数逼近技术,对独立失效模式下多自由度随机滞回系统的可靠性问题进行分析。数值算例表明,由独立随机参数表征的随机结构,系统随机响应之间不再独立,存在协方差;系统响应之间相关系数不唯一,具有随时间连续变化的动态、强相关特性。分析计算结果与Monte-Carlo模拟结果吻合较好,表明算法能够满足工程计算精度要求。     

抗震结构时变动力可靠度分析的随机过程法

研究单自由度随机时变结构的动力响应，在地震荷载作用下，分别采用Ｐｏｉｓｓｏｎ过程，Ｍａｒｋｏｖ过程和Ｗｉｅｎｅｒ过程法研究了时变动力可靠度的首次超越问题，提出了相应的时变动力可靠度计算公式     

基于等效线性化法的弱非线性体系下的地震响应分析

对弱非线性单自由度非自由振动系统结构在白噪声地震激励下的随机响应问题进行了研究。首先,建立了结构的弱非线性响应方程;然后根据能量平衡原理对运动方程进行了等效线性化;最后获得了金井清谱(Kanai-Tajimi谱)下等效线性化方程的位移响应及速度响应的方差,将弱非线性随机响应问题简化为求解线性随机响应问题,并给出了算例验证。结果表明,该方法可以准确得到弱非线性随机响应问题的解。同时,建立了单自由度结构弱非线性随机响应频域分析的统一解析解法。     

基于首次超越理论的高层隔震结构基础提离易损性分析

针对基础隔震的高层建筑,基于首次超越理论,计算了各个隔震支座在非平稳随机激励下发生基础提离破坏的易损性曲线。隔震结构采用三维有限元建模,隔震支座采用Bouc-Wen模型,经过等效线性化后,应用虚拟激励法求得结构的随机响应。讨论了隔震支座的阻尼比、屈服力以及地震动输入方向对隔震支座易损性曲线的影响。研究发现:增加隔震支座的阻尼比或是增加隔震支座的屈服力都会使得隔震支座发生基础提离的破坏概率增加,地震动的输入方向对隔震支座基础提离易损性曲线影响十分显著。     

结构非线性振动及其控制系统的等效力学模型研究

研究了结构非线性振动及其控制系统的等效力学模型建立问题,对结构进行等效线性化处理;对状态变量的观测,仅测量结构的前几个位移。将随机激励和观测噪声等维化处理后,导出了结构非线性振动及其控制系统的等效力学模型。通过等效力学模型的应用研究,得出了多高层结构在风与地震作用下的多维与一维等效力学模型、等效振型力学模型及其线性力学模型,给出了等效力学模型在多高层结构自适应抗风抗震控制中的应用。     

多自由度非线性结构体系在支承随机运动干扰下的模糊动力可靠性

本文在考虑了支承随机运动干扰的模糊性和结构随机振动反应允许界限模糊性的基础上,提出了多自由度非线性结构体系模糊动力可靠性的一般计算方法。文中提出了支承随机运动干扰的强度等级和谱密度形状类别模糊子集的评定方法,寻得了考虑界限模糊性的体系动力可靠性的计算公式,并最终得到了非线性结构体系模糊动力可靠性的评定方法。更合理地解决了非线性体系在支承随机运动干扰下的安全估计问题。     

地震和风耦合作用下连体高层建筑联合易损性分析方法研究

近年来,城市地标建筑的建设中,高层连体建筑越来越受到青睐,在其服役期内不可避免地受到风和地震等多种灾害作用。而单一灾害作用下的结构失效概率低估了结构损伤乃至倒塌的可能性,迫切需要多灾害作用下的结构安全性能评价方法。本文以苏州国际会议酒店的连体高层建筑为对象,开展了地震和风耦合作用下的联合易损性分析方法研究。首先,建立了地震和风耦合作用下的多灾害易损性函数和结构性能需求函数,形成了多灾害联合易损性分析方法。随后,选取了地震动记录,开展了基于数值风洞的结构风荷载模拟,并进行了单一灾害作用下的结构易损性分析。最后,基于均匀分布抽样了100组地震和风耦合作用的荷载组合,开展了结构多灾害联合易损性分析。结果表明,结构易损性随着PGA和风速的增大而增大;相比单一灾害作用,地震与风耦合作用下,结构各破坏状态的失效概率均有所增加;当风速达40 m/s时,罕遇地震作用下结构轻微破坏、中等破坏、严重破坏和倒塌破坏的概率相比仅地震作用时分别增加了1.13%,35.67%,84.00%和98.33%。本文研究为复杂高层建筑多灾害安全性能评价提供了可用工具和参考。     

多层剪切型滞后结构在地震干扰下的动力可靠性分析

本文解决了受地震干扰的多层滞后剪切型结构基于层延性首次超越破坏机制动力可靠性的计算方法。文中,在建立了剪切型结构的“滑移——滞后”模型的前提下,求得了地震作用下滞后结构的等价线性体系。并从等价线性体系出发,以振型分解法为基础,建立了结构相对层位移和相对层速度的联合概率密度函数。据此,本文应用随机点集理论和级数解法得到了地震作用下结构动力可靠性的计算公式。为了验证公式的精度,文中对一个二层剪切型框架进行了计算与模拟结果的比较。     

非高斯随机激励下滞迟系统响应与首次穿越失效

针对由有界噪声、泊松白噪声和高斯白噪声共同构成的非高斯随机激励,通过Monte Carlo数值模拟方法研究了此激励作用下双线性滞迟系统和Bouc-Wen滞迟系统这两类经典滞迟系统的稳态响应与首次穿越失效时间。一方面,分析了有界噪声和泊松白噪声这两种分别具有连续样本函数和非连续样本函数的非高斯随机激励,在不同激励参数条件下对双线性滞迟系统和Bouc-Wen滞迟系统的稳态响应概率密度、首次穿越失效时间概率密度及其均值的不同影响;另一方面,揭示了在这类非高斯随机激励荷载作用下,双线性滞迟系统的首次穿越失效时间概率密度将出现与Bouc-Wen滞迟系统的单峰首次穿越失效时间概率密度截然不同的双峰形式。     

非高斯随机激励下滞迟系统响应与首次穿越失效

针对由有界噪声、泊松白噪声和高斯白噪声共同构成的非高斯随机激励,通过Monte Carlo数值模拟方法研究了此激励作用下双线性滞迟系统和Bouc-Wen滞迟系统这两类经典滞迟系统的稳态响应与首次穿越失效时间。一方面,分析了有界噪声和泊松白噪声这两种分别具有连续样本函数和非连续样本函数的非高斯随机激励,在不同激励参数条件下对双线性滞迟系统和Bouc-Wen滞迟系统的稳态响应概率密度、首次穿越失效时间概率密度及其均值的不同影响;另一方面,揭示了在这类非高斯随机激励荷载作用下,双线性滞迟系统的首次穿越失效时间概率密度将出现与Bouc-Wen滞迟系统的单峰首次穿越失效时间概率密度截然不同的双峰形式。