大跨度空间结构多维多点非平稳随机地震反应分析

对大跨度空间结构进行三向正交地震动多点激励下的非平稳随机地震反应分析。建立了多维多点随机非平稳地震动激励下的地震反应分析方法,并针对大跨度空间结构引入了波前法进行简化计算。数值仿真分析了天津奥林匹克中心体育场屋盖结构分别在一维随机地震动或三维随机地震动的一致激励、行波激励以及考虑部分相干效应和地震非平稳性的多点激励下的地震反应,结果表明:考虑地震动空间效应会使结构控制杆件内力增大约30%;考虑部分相干效应会使结构杆件内力变化约10%;考虑多维地震输入会使结构控制内力增大约15%;考虑地震动的非平稳性会使结构杆件内力减小约35%。由此可以得出结论,对于大跨度空间结构的地震反应分析,必须考虑地震动的多维输入和多点激励;然而不考虑地震动的非平稳性,其抗震设计偏于安全。     

多维地震激励下人字形桥梁地震模拟振动台试验研究

为研究人字形桥梁在地震作用下的动力响应,以某人字形桥梁为原型,制作了一座相似比为1/20的模型桥梁,采用El-centro波对其进行了不同地震烈度的多维激励地震模拟振动台试验和有限元分析。研究结果表明：随着地震烈度的增加,模型结构自振频率降低阻尼比增大;桥墩墩顶顺桥向加速度响应基本不受竖向地震分量影响;计算桥墩墩底应变响应时进行水平双向地震激励即可满足要求;梁体跨中竖向加速度响应,主梁和分支梁间的伸缩缝宽度取值,伸缩缝处的碰撞响应等均与地震波输入维度有关。因此,对于人字形桥梁在进行抗震设计时应针对不同的设计目的对其进行选择性的多维地震激励。     

高层隔震结构地震反应振动台试验分析

完成了高宽比为2.5(小高宽比)和5(大高宽比)的高层隔震结构的振动台试验及数值分析.试验结果表明,高层隔震结构具有较好的水平减震效果.小高宽比高层隔震结构的变形主要以隔震层剪切变形为主,大高宽比高层隔震结构不仅有隔震层剪切变形,而且也包含上部结构剪切和弯曲变形,在进行高层或超高层等大高宽比计算时应同时考虑上部结构剪切和弯曲变形的影响.     

多维地震作用下隔震桥梁地震反应（Ⅰ）——模型结构振动台试验

为了研究多维地震作用下隔震梁桥结构振动特性和隔震效果,隔震支座两水平正交方向力-变形关系以及竖向性能等,对方形铅芯支座隔震连续梁桥结构模型进行了下模拟地震振动台试验.在水平单向、双向及水平双向和竖向同地输入地震波时,对桥梁模型结构桥面和桥墩顶部加速度反应,位移反应,以及隔震支座两水平正交方向力-变形关系和竖向力反应等进行了相关研究,得出若干对桥梁隔震设计有价值的结论.     

多点地震输入的反应谱法研究

提出了一种计算多点输入下结构最大地震内力的新反应谱法(MRSM-AD)。不同于以往的多点输入反应谱法,这种方法不再将结构的绝对位移反应分解成拟静力和动力分量,而是直接利用基于结构绝对位移反应的动力方程进行反应谱理论的分析,简化了多点输入反应谱法中的组合规则,提高了结构计算分析的效率。比较了结构算例的时程法计算结果和MRSM-AD法的分析结果,验证了MRSM-AD法的正确性。     

钢管混凝土单圆管拱结构振动台阵试验研究

为了研究钢管混凝土拱桥地震响应特性,以某钢管混凝土拱桥为原型,通过采用人工质量一致相似律设计制作1∶10缩尺比例的钢管混凝土拱结构模型,利用福州大学地震模拟振动台台阵系统,采用正弦波激励、Taft波以及当地场址生成的人工波等,进行了纵向、横向、横向+纵向地震动试验。试验结果表明,不同的地震波激励使结构产生不同的地震响应。Taft波横向激励产生的响应小于纵向激励的,人工波正好相反。拱顶的加速度相对于拱脚的有放大作用,放大倍数与输入波形的卓越周期相关;多维激励和行波激励使结构的加速度、位移和应变响应显著增大,其对结构的影响比一致激励时更为不利。不过,试验过程中模型均未出现开裂和破坏现象,表明钢管混凝土拱结构具有良好的抗震性能。     

超大跨斜拉桥多点振动台试验研究

以一座试设计主跨1400 m斜拉桥为工程背景,进行了多点振动台阵试验。试验采用包括桩基础的1：70缩尺模型,通过层状剪切土箱模拟场地土的作用,台阵包括4个振动台,可模拟非一致地震输入。研究了半漂浮体系、弹性约束体系和辅助墩体系等不同结构体系对斜拉桥纵向地震响应的影响;进而针对辅助墩体系,研究了上塔柱区段附加耗能构件对斜拉桥横向地震响应的影响;最后通过破坏性试验研究了斜拉桥的横向破坏模式及其灾变过程。结果表明：弹性拉索体系和辅助墩体系可有效减小主塔和塔-梁的纵向相对位移;附加的耗能构件对塔顶横向相对位移的减小效果有限,但可有效降低主塔应变响应,起分散主塔受力和附加耗能作用;主塔的横向破坏模式具有明显的双塑性铰模式。     

考虑土-结构相互作用的大跨度连续刚构桥振动台阵试验研究

土-结构相互作用(SSI)对软土地基上桥梁结构地震响应的影响不可忽略, 研究SSI效应对提高桥梁结构抗震安全性十分重要。通过对一座1∶10比例的三跨连续刚构桥模型的振动台阵试验, 系统分析了SSI效应对大跨度连续刚构桥地震响应的影响规律。研究表明：SSI效应使振动台台面地震动的峰值和频谱特性发生较大变化;剪切波速和上覆土层厚度是影响SSI效应的重要因素;SSI效应会增大桥梁结构的位移和应变响应, 其影响程度与地震动的频谱特性和桥梁结构-地基体系的固有特性密切相关;实时耦联动力子结构试验技术是进行桥梁结构考虑SSI效应的振动台试验的有效方法。     

高层钢筋混凝土斜交网格结构振动台试验研究

为对高层钢筋混凝土斜交网格结构的破坏机理及抗震性能进行深入研究,对一高层钢筋混凝土斜交网格建筑进行了1/25的模型模拟振动台试验,在试验中针对模型进入非线性后,相似关系中的弹性模量比并非定值的问题,采用了分级相似关系,使试验结果能更贴近原型反应。研究了模型结构的动力特性和在不同地震烈度作用下的加速度反应及关键位置的应变变化情况,探究造成结构破坏的原因,找出模型结构破坏的薄弱环节。根据斜交网格结构的受力特点,结合模型破坏形态,总结高层钢筋混凝土斜交网格建筑的优缺点,并为高层斜交网格建筑的平面形式设计及材料选择提出建议。     

非规则高墩曲线桥梁振动台试验研究

据模型相似原理及多点激励理论,对缩尺比1:20的钢筋混凝土高墩曲线桥梁进行地震模拟振动台试验。研究高墩曲线桥梁结构在不同频谱地震波、不同峰值加速度及局部场地效应作用下高柔桥墩损伤模式及结构动力响应规律。结果表明,高柔桥墩损伤有明显的分布柔性特点,墩高差对桥墩裂缝开展及桥梁动力响应影响显著;不同频谱地震波作用下曲线桥梁结构动力响应规律各异;曲线桥梁结构动力响应峰值与地震波加速度峰值基本呈线性增长;局部地形效应使结构动力响应增大,导致曲线桥梁结构动力响应呈非线性增长;高墩曲线桥梁地震响应有明显空间性,首尾桥墩顶径向动力响应较大,易发生横桥向落梁破坏。     

混凝土空间板柱结构震致落层倒塌的试验研究

开展了2个具有薄弱层的3层混凝土空间板柱结构模型的地震模拟振动台试验,采用加速度峰值逐级加大的El-Centro (NS) 波作为输入激励,直至薄弱层发生落层倒塌。量测了倒塌前、倒塌后模型各层的水平加速度响应,以及倒塌碰撞引发的薄弱层及其下层楼板的竖向加速度响应。模型M-2相比于模型M-1额外施加了附加配重。试验结果表明：1) 随着地震损伤程度的增加,模型的扭转效应有所增大;2) 倒塌前模型M-1和模型M-2的基本频率仅比初始值分别降低8.9%和4.7%,采用频率改变幅度进行结构倒塌预警可能是不现实的;3) 倒塌碰撞导致模型各层的水平加速度出现短时剧烈波动,波动期间模型M-1和模型M-2各层的绝对加速度最大值介于5g~10g之间,分别为倒塌前各层绝对加速度最大值的5倍~20倍和10倍~50倍;4) 倒塌碰撞引发的楼板竖向加速度高达30g~40g。     

大跨越钢管混凝土输电塔地震作用弹塑性分析

利用静力和动力两种方法研究了一个大跨越钢管混凝土输电塔在地震作用下的弹塑性力学性能,包括：1) 建立了精细的输电塔和塔线体系两种有限元模型以及输电塔材料的非线性模型;2) 将由振型分解反应谱法得到的结构底部剪力按第一阶振型分配到有限元模型的各个节点上,一步步增加节点力,使材料逐渐进入塑性状态直到计算不能收敛为止。静力分析表明：结构失效是由于薄壁钢管单元失效造成的,而钢管混凝土单元还没有失效,结构的极限荷载由薄壁钢管单元决定;3) 利用时程法进行罕遇地震下的输电塔弹塑性分析。动力分析表明：在地震作用下,塔上许多单元很快就进入了塑性,在最后时刻,有一定数量的薄壁钢管单元已经破坏,但钢管混凝土单元没有出现破坏的情况,该塔能实现“大震不倒”的目标。两种方法都显示塔的中部是结构的薄弱处。     

未知地震激励下结构恢复力及质量非参数化识别

地震作用过程中结构恢复力是描述结构损伤发生发展过程定量描述的基础,更有助于描述结构在地震中破坏模式的演化。该文研究地震激励下结构部分质量及动力响应信息未知时,结构非线性恢复力、质量以及未知加速度时程的非参数化识别方法。首先,根据部分已知动力响应测量和质量信息,识别地震加速度时程。随后,利用记忆衰退全局加权迭代扩展卡尔曼滤波算法,引入幂级数多项式表征结构恢复力,实现了结构质量与非线性恢复力的非参数化识别。将具有非线性恢复力的磁流变阻尼器中引入到一个剪切型多自由度结构构成非线性系统,考虑测量噪声的影响,通过数值模拟验证了在噪声及较大质量初始误差情况下该方法识别结构质量、非线性恢复力及地震动加速度时程的识别效果。     

地震作用下结构碰撞的模型参数及其影响分析

地震作用下,结构的碰撞问题被认为是影响结构地震反应和结构抗震性能的一个重要因素,碰撞是一种十分复杂的非线性问题,在计算分析中涉及到较多参数,需要分析其模型参数对碰撞现象以及结构的影响。通过单墩模型分析研究,在尽量少的参数变化下,初步得到了桥梁结构发生碰撞时模型参数对碰撞及结构的影响。     

考虑隔震支座特性的隔震结构多尺度模拟与试验验证

基础隔震技术由于良好的隔震性能在实际工程中得到广泛应用。现有的隔震结构分析方法主要采用宏观尺度（如弹簧单元）对其地震响应进行分析研究,隔震支座采用弹簧进行模拟时,该文模型只能反映结构的整体响应而未能考虑隔震支座及其他局部关键位置的细节。因此,为了解结构局部关键位置的力学性能（如隔震支座）,该文提出一种考虑隔震支座特性的隔震结构多尺度模拟方法。首先,建立微观单元（实体单元）与宏观单元（梁单元）之间的多尺度界面连接方程;其次,通过不同尺度单元之间有效组合建立四种不同串联隔震体系模型（弹簧-梁单元模型、弹簧-实体单元模型、多尺度模型和全实体单元模型）,在四种模型梁端施加往复荷载得到其滞回曲线,并与试验结果进行对比分析。分析结果表明,采用多尺度模拟方法不仅能掌握结构局部关键位置（隔震支座）受力特性,还可以提高计算效率,减少计算时间和存储空间,并在计算精度和计算代价之间得到了均衡。在此基础上,结合串联隔震结构振动台试验进一步验证多尺度分析方法的有效性。最后利用多尺度有限元模拟方法的优越性分析某基础隔震结构的动力响应。     

竖向多点输入下两种典型空间结构的抗震分析

以两种典型空间结构为研究对象,考察了竖向地震作用下结构的地震反应以及竖向多点输入对结构地震反应的影响。分析表明,竖向地震一致输入在门式桁架结构和周边支承网壳结构中将产生较大的内力,因此竖向地震作用在这两类结构的抗震设计中是必须考虑的。竖向多点输入对门式桁架结构地震反应的影响很小,这种影响在结构抗震设计中可以忽略;对周边支承网壳结构来说,竖向多点输入使得网壳结构的地震内力降低,同时由于拟静力作用在支承结构中产生的内力较小,多点输入对支承结构的地震内力影响也很小。     

近场地震作用下巨-子隔震结构振动台试验

基于子框架隔震的巨-子结构可以解决高层隔震结构受限于高宽比限值的问题,现有研究主要集中在理论、数值分析及远场地震作用。该文设计制作了一个具有三个巨型结构层的巨-子结构实验模型,将铅芯隔震支座设置在子框架底部,对巨-子结构进行了近、远场地震作用下无控和有控的振动台对比试验。试验结果表明：在子框架与主框架的连接部位设置隔震层,对主框架的地震反应具有明显的调谐减震作用,对子框架的地震反应也具有显著的隔震作用;近场地震作用下主框架和子框架的地震反应都要大于相同场地的远场地震动。超设防烈度近场地震作用下,隔震子框架与主框架发生碰撞,对结构的舒适性和安全性产生不利影响。     

多点激励下加筋板壳耦合结构的振动特性

该文基于改进的子结构线导纳方法,建立了多点激励下加筋板壳耦合结构的振动模型。首先对理论模型采用ANSYS进行了验证;进而使用该模型分析了多点激励的分布方向和位置对结构振动响应的影响。研究表明：当激励源的总幅值恒定时,多点激励下从铺板传递到壳体的振动响应小于单点激励的情况;将多点激励沿垂直于板壳衔接线方向分布且位于铺板的中心线上,可以有效地降低从铺板传递到壳体的振动响应。实际工程中,对于激励源恒定的机械设备,应采用多点方式将其沿垂直于铺板与壳体衔接线的方向安装在铺板的中心线上,以提高系统的声学性能。     

爆破模拟地震动下框架抗震性能试验分析

通过爆破试验模拟天然地震,进行了地震动条件下中核厂区七层框架结构模型的动力响应现场试验,对所取得的试验数据进行统计回归分析,给出了能够预测适合本场地和本次爆破方式条件下爆破振动烈度的经验公式,并分析了土与结构动力相互作用对基础的影响,可为结构的基础设计提供参考。试验结果显示,该七层框架结构模型在地震烈度Ⅶ度下结构安全,故该结构在未来可能遭遇地震动条件下,抗震性能良好,可为框架结构抗振设计提供依据。