基于相位差谱的非平稳地震波合成及应用

为了模拟地震动的非平稳性和多维性并克服传统三角级数法在合成地震波中选择包络函数具有任意性和不能表征频率非平稳性的缺点,提出了基于相位差谱法的多维多点非平稳人工地震波合成. 首先,基于随机场理论模拟地震动的行波效应、相干效应、场地效应和多维性;其次,确定能表征地震动的强度非平稳和频率非平稳性的相位差谱;最后,将合成的非平稳地震波和当量反应谱应用到实际桥梁抗震分析中进行分析对比. 研究结果表明:相位差谱法合成多维多点非平稳地震动不需要包络函数控制地震波的波形,排除人工选择强度包络函数的任意性,且考虑了地震动的空间相关性和多维性,优于传统的三角级数法;本文方法与传统反应谱法计算结果基本一致,采用反应谱法计算的两处墩底的剪力值和弯矩值分别相差在10%和17%以内,本文方法分别在9%和12%以内.      

大跨径在役桥梁随机地震动模拟方法

考虑桥梁结构的服役期对地震荷载的影响,应用等超越概率的方法将地震作用进行折减,将公路桥梁抗震规范中的两级设防标准扩展为三级设防标准.考虑地震动的随机性,应用概率理论将目标反应谱随机化,结合相干函数和相位差谱理论,采用MATLAB程序,生成在役桥梁结构空间相关多点非平稳随机地震动.模拟结果表明:应用等超越概率的方法可以将地震动峰值加速度进行合理折减;应用概率理论进行反应谱随机抽样,得到的随机地震反应谱能够较好地反映地震动的随机性,其中30条随机反应谱的变异系数最大差值为0.064,精度符合要求;计算反应谱与随机目标反应谱拟合情况良好,1、2号目标点的拟合优度值分别为0.82和0.81,精度符合要求;合成的人工地震动能够反映在役桥梁结构的已服役期和地震动的随机性,接近实际的地震记录.     

基于Kameda模型的爆炸地震动时变功率谱拟合

借鉴非平稳地震动研究方法,采用Kameda时变功率谱模型进行爆炸地震动拟合,结合实际爆炸地震动分析了Kameda时变功率谱模型的合理性,通过比较拟合时程与记录时程的加速度、反应谱、强度包线以及累积穿零次数,验证Kameda模型的可行性。研究表明:基于Kameda时变功率谱模型能够实现时频非平稳爆炸地震动的拟合。     

演化功率谱解耦及其工程应用

为提高非平稳过程的模拟效率,简化非平稳激励下的结构响应分析,将演化功率谱解耦为一系列时间系数与小波函数傅里叶变换模平方乘积之和,即把一般非平稳过程分解为若干个均匀调制非平稳过程之和,并将其应用于非平稳随机过程模拟和结构随机响应分析.研究结果表明:演化功率谱近似解耦具有较高的精度;演化功率谱解耦后,快速傅里叶变换算法一般可使非平稳随机过程的模拟效率提高数十倍,且模拟样本时程的自相关函数估计值与目标值非常吻合;非平稳激励下的结构响应分析得以简化,且与目标值相比,计算结果的误差很小.      

典型变宽高架桥抗震计算分析

以市政高架桥中常见的三联变宽箱梁桥为例,对比了反应谱法、线性时程法和非线性时程法等三种计算方法,并对该结构在E1地震作用下的支座最大水平力和墩底最大弯矩进行了计算分析。结果表明:地震波沿顺桥向输入时,反应谱法和线性时程法的计算结果最大误差在20%左右,而非线性时程法的计算结果误差远小于前二者;地震波沿横桥向输入时,三种方法计算结果相差不大,此时高架桥变宽段为抗震不利段,抗震设计时需重点考虑。根据以上结论,对该类型桥梁的抗震设计提出了相关建议。     

大跨度桥梁地震响应分析中的非一致地震激励模型

基于二维相干函数建立了考虑二维相关影响的非一致激励功率谱模型，在此基础上采用随机过程理论推导了幅值、相位角与功率谱的关系，建立了非一致激励时程样本的数值模拟方法，由该法可生成地震响应时程分析所需的加速度时程样本。     

脉冲型地震动对CFST拱桥抗震性能的影响分析

为了研究脉冲型地震作用下钢管混凝土拱桥的抗震性能,以一座钢管混凝土拱桥的实际工程为例,采用时程分析方法系统分析了其在非脉冲和脉冲型地震作用下的抗震性能. 首先,基于PEER地震衰减模型并采用谱兼容的方法选取了符合不同场地条件且具有不同脉冲周期的天然地震记录;其次,在综合考虑有无脉冲、脉冲周期以及地震动多维性的基础上,对钢管混凝土拱桥的抗震性能进行了对比分析. 研究结果表明:脉冲型地震动会对结构响应产生较为明显的影响,脉冲效应对结构响应的放大作用在0.96～19.88倍之间,桥梁修建处的场地条件越好放大作用越明显;脉冲周期的不同也会对结构响应产生不可忽略的影响,结构响应的改变率在10～133%之间,脉冲周期越小脉冲效应对结构响应的放大作用就越明显;与非脉冲型地震动相比,地震动多维性对脉冲型地震作用下的结构响应影响较小,但随着脉冲周期的减小,地震动多维性对结构响应的影响变大. 因此,在对断层附近的钢管混凝土拱桥进行抗震设计时不但要考虑有无脉冲的影响,还需要考虑脉冲周期、地震动多维性以及桥梁修建处场地条件的影响,以免错误地估计结构响应.      

铁路曲线梁桥抗震设计分析

笔者在文中利用时程分析方法对铁路曲线梁桥地震响应进行了分析.在分析过程中考虑了连续曲线梁桥和连续曲线刚构桥两种桥型,地震波采用人造地震波,考虑了一维地震动和多维地震动输入,另外还考虑了地震动输入方向对曲线梁桥地震响应的影响.并对铁路曲线梁桥抗震设计进行了探讨,得到了实际应用价值的一些结论.     

基于随机地震动模型的黄土隧道动力响应研究

汶川地震震损表明,隧道结构在强震作用下会出现结构损伤和破坏.地震动的发生具有很强的随机性,而目前大多采用经典地震动记录对进行隧道地震动力时程分析,无法保证与震源机制和场地特性相匹配,采用确定性地震动记录,对地震动随机特性考虑尚不够完善.因此,基于杜修力地震动模型,采用脉冲函数法求解动力方程,对某黄土隧道进行了随机响应分析分析,研究了随机地震动作用下黄土隧道随机地震响应特征.计算结果表明:隧道拱顶的主应力功率谱密度函数呈单峰,其响应主要发生在低频,而拱腰、边墙、墙脚、轨道板主应力功率谱密度函数呈双峰,主要发生在低频和中频;隧道位移响应主要在发生在地震方向,其响应均方差在2.1 cm以上,轨道板位移响应很小;隧道拱腰和墙脚的主应力响应很强烈,其均方差在3.1 MPa以上;拱腰和墙脚为黄土隧道地震响应最不利的位置.该研究可以为黄土隧道抗震理论提供支撑.     

地震动随机场模型的理论及应用

详细介绍了地震动随机场模型的基本理论，通过引入相干函数来描述各点地震动的相关性，能够较好地反映地震动的时空变化特征，基于这一理论利用数字模方法生成时程样本适合于大跨度结构的时反应分析。     

基于反应谱的近断层地震动潜在破坏作用分析

为了提供修订抗震规范的依据,基于弹性和非弹性加速度、速度、位移反应谱以及相应的动力系数谱、非弹性与弹性加速度比值谱,分析了近断层与远场地震动潜在破坏作用的差别,并与我国规范的设计谱比较.结果表明:近断层双脉冲型地震动的反应谱谱值最高,与其它类型地震动相比,约高7倍,潜在破坏作用最大;引起A+B类场地反应谱谱值较高的原因主要是地震动的高峰值,引起C+D类场地反应谱谱值较高的原因是地震动的高峰值及中长周期动力系数谱谱值的增大;当考虑近断层脉冲型地震动影响时,我国抗震规范规定的特征周期值偏于不安全.     

基于调制白噪声与查表法的非平稳路面不平度建模方法

针对实测道路功率谱密度频率结构不同与汽车行驶速度变化引起的非平稳问题, 分析了现有路面不平度模型的准确性, 提出了一种基于调制白噪声与查表法的非平稳路面不平度建模方法; 结合白噪声生成方法和离散功率谱密度的计算公式, 推导出了能够确保路面不平度计算功率谱与设计功率谱完全吻合的Band-Limited White Noise模块参数设定方法; 通过不同设定值组合的白噪声功率谱密度与路面不平度功率谱密度计算结果对比, 验证了所提出的Band-Limited White Noise模块参数设定值的准确性; 为解决频率指数不等于2的空间域内非平稳路面不平度建模问题, 提出了由1个基准项和若干个精度校正项组成, 且调制传递函数模的平方逼近具有任意频率指数的道路功率谱表达式; 为获取考虑车速变化影响的频率时变的时域内非平稳路面不平度输入模型, 基于空间路面不平度固定不变的原理, 提出了利用查表法, 获得变车速工况下时域内非平稳路面不平度; 通过空间域内非平稳路面不平度建模及考虑车速变化的非平稳路面不平度建模应用, 验证了所提建模方法的优越性。研究结果表明: 使用基于调制白噪声的非平稳路面不平度建模方法构建的空间域路面不平度功率谱曲线, 与应用实例中的设计目标曲线吻合良好, 且结合查表法可以有效地解决时变车速带来的时域内非平稳路面不平度建模问题。      

河东长江大桥抗震性能研究

以四川省泸州市河东长江大桥为研究对象,对其开展抗震性能研究。首先采用Midas civil建立桥梁三维有限元动力分析模型,斜拉索模拟为空间桁架单元,其余构件都模拟为梁单元。为模拟主塔和墩柱下部的桩—土相互作用,用集中质量法将桩—土离散为质量—弹簧—阻尼系统,其中等代土弹簧单元的刚度采用m法确定。根据设计资料及现行规范,确定其场地的地震动参数并生成相应的反应谱,再根据反应谱拟合出有效的加速度时程曲线。建模计算得到桥梁结构的地震动响应,由结果可知各截面强度均满足性能目标要求。     

脉冲型近场地震波反应谱的阻尼调整系数分析

阻尼调整系数定量描述了阻尼比对结构地震响应的影响,与地震波频谱特征等相关,用于从低阻尼比反应谱推算高阻尼比反应谱.本文以近场脉冲型地震波为对象,研究其反应谱阻尼调整系数的规律并建立计算公式.选取50条脉冲型地震波并提取出等效低频脉冲,考虑0.05~0.50之间13种阻尼比,计算得到地震波、等效脉冲的反应谱和各自基于5%阻尼比的阻尼调整系数.研究结果表明,结构周期与地震波脉冲周期比T/Tp在0.5~1.2内,提高阻尼比对位移、速度和加速度响应都有降低作用且减震效果最明显,等效脉冲与实测地震波的阻尼调整系数接近.对加速度、速度和位移谱分别拟合,得到了0.5T/Tp1.2范围内考虑脉冲周期Tp影响的阻尼调整系数评价公式.     

地震作用下特大型桥梁嵌岩桩基础动力响应

依托铺前大桥实体工程, 基于人工质量模型和桩-土惯性相互作用机理, 通过振动台模型试验, 选用叠层剪切式模型箱, 模拟了自由场在地震作用下的振动反应, 分析了0.15g ~0.60g (g为重力加速度) 地震动强度下大直径桥梁嵌岩桩基础加速度、相对位移、弯矩等响应特性和损伤情况等。研究结果表明: 桩基础加速度峰值从桩底至桩顶呈增大趋势, 加速度放大系数随地震动强度的增大逐渐减小, 输入地震波为0.55g 时, 桩顶加速度放大系数趋于稳定值1.34;桩顶加速度时程响应频率低于桩底加速度时程响应频率, 上部覆盖层对地震波的放大作用和滤波效应明显; 随着地震动强度的增大, 桩顶相对位移峰值近似呈线性增大, 在0.15g ~0.60g 地震动强度下, 桩顶相对位移峰值变化范围为1.97~6.73mm; 桩基础弯矩沿桩长呈“3”字形变化, 上部软硬土层分界处和基岩面附近弯矩达到峰值, 并随地震动强度的增大而增大, 地震动强度为0.50g 时达190.9kN·m, 超过桩身抗弯承载力; 桩基础基频随地震动强度的增大呈整体降低趋势, 在0.50g 地震动强度下, 其基频较0.35g 地震动强度下低50.1%, 桩基础产生损伤; 桩顶与承台连接处、上部覆盖软硬土层界面和基岩面附近桩身在地震作用下易产生裂缝, 桥梁桩基础抗震设计时应着重考虑。      

仿人工模拟地震波的方法模拟轨道谱

应用人工模拟地震波的方法模拟轨道谱,仿人工地震波的原理,根据三角级数法并结合轨道谱的一些知识,自编程序,求得轨道几种不平顺的功率谱密度函数即轨道谱,并与其本身的目标谱进行比较,说明其优点,得出一些结论.     

弹性车体铁路车辆的垂向随机振动问题

本文将车体视为欧拉弹性梁,研究铁路车辆的垂向随机振动问题。求出了频率响应函数以及输入为平稳和非平稳情况下的功率谱函数。通过具体的算例,分析讨论了各阶振型对车作振动响应的影响。对于车辆匀变速运行所引起的非平稳输入问题,文中提出了似平稳随机过程的概念,以及将似平稳相关函数关于小参数展开的方法。     

结构抗震设计中地震动输入的若干问题

针对抗震设计中往往只重视计算方法和计算模型的研究,而忽略输入机制的情况,总结设计反应谱和时程分析中输入地震波和随机分析采用的地震动输入机制的主要方法.对各种方法进行介绍、评价以及前景预测,使设计人员在抗震设计时可根据不同情况选择最佳的输入机制,以满足抗震设计的需要.     

基于反应谱法的金马大桥的三维地震响应分析

按照三水准抗震设防目标的要求,在两种概率水准的地震作用下,用反应谱方法对金马大桥进行了地震反应分析.考虑了两种地震动输入方式,即纵桥向 竖向输入和横桥向 竖向输入.根据《公路桥梁抗震设计规范》,竖向输入反应谱值取水平反应谱值的2/3,为了保证计算精度,取前120阶振型进行叠加计算.在反应谱计算中采用了CQC方法,得出一些结论.     

磁浮车辆运行平稳性的虚拟激励分析方法

为方便、快速地分析多点输入轨道车辆的平稳性,基于虚拟激励原理,提出了平稳性分析方法。当车辆系统受多点全相关随机激励时,应用此方法将多输入多输出系统的响应功率谱矩阵的计算化简为两个矢量相乘,利用所获得的功率谱和随机振动中的反演技术,分析轨道车辆的平稳性指标。以TR08磁浮车辆为原型,建立了磁浮车辆的垂向动力学模型,运用虚拟激励分析方法计算了磁浮车辆的响应功率谱。在频域中,磁浮车辆车体中心处的Sperling指标为1.653,车辆的平稳性等级为优,通过反演运算获得了响应的幅值谱和时间历程,分析过程简单,计算结果准确。