多维多点非平稳地震波合成

为了所合成的地震波较为真实地体现实际地震动的多维性、空间性及非平稳性,采用三角级数方法合成了多维多点非平稳地震波.首先,将设计反应谱转化为当量功率谱,考虑地震动的多维性,将功率谱密度函数矩阵由一维扩展到三维;其次,考虑地震动非平稳性,添加包络函数和梯形窗口连接,利用Fourier变换合成了非平稳地震波;再次,将各激励点各方向的地震动时程逆转换为加速度反应谱,且与目标反应谱对比,采用频域方法迭代修正时程幅值,得到满足精度要求的地震动时程曲线.最后,将目标拟合反应谱与设计反应谱相比较,验证合成地震波的精度,结果表明:个别点超过10.00%的拟合误差(最大为16.68%),但总体上拟合误差不超过8.00%(未修正前为18.00%).     

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.     

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.     

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。     

人行悬索桥地震响应分析

以城口人行悬索桥为研究对象,运用ABAQUS进行了反应谱分析;采用三角级数法模拟了3组人工地震波,选取其中对结构产生最大影响的人工地震波进行时程分析,并与反应谱分析结果进行了对比.研究表明:地震作用下主缆及主梁最不利位置分别发生在东侧索塔处和跨中;人行悬索桥结构柔软,在反应谱上处于长周期范围,地震激励反应较小,但自重荷载反应较大,在反应谱结果输出时必须考虑自重荷载;时程分析结果普遍比反应谱分析结果大,人行悬索桥内力响应峰值吻合较好,位移响应峰值偏差大部分在10％～30％内,吻合度基本满足抗震规范要求.     

力学问题的分形级数解

给出戴劳级数、三角级数等的推广－分形级数,并讨论力学问题的分形级数解。在戴劳级数、三角级数等级数中,各项的指数及角度的系数为非负整数,而在分形级数中,各项的指数及角度的系数为任意实数,或变量的函数。讨论了强非线性Ｋｄｖ方程的分形级数解。在确定分形级数时,可应用加权残数法（如最小二乘法）。     

大跨度斜拉桥多维多点随机地震激励响应分析

为研究大跨度斜拉桥地震激励下的平稳随机响应规律,以某大跨度斜拉桥为例,用ANSYS软件建立了三维有限元分析模型.考虑地震动的多维性、行波效应、部分相干效应及局部场地效应对主梁及主塔位移和内力随机响应的影响,用该模型分析了大跨度斜拉桥在多维多点地震激励下的响应.研究结果表明:相对于一致激励,大跨度斜拉桥在多维多点激励下的结构响应显著增大,主梁的纵向位移增大了约2.3倍,①号塔顶的纵向位移和塔底横向弯矩分别增大了约2.2和2.3倍;仅考虑一致地震激励不能保证大跨度斜拉桥的结构安全;考虑行波效应时斜拉桥的地震响应减小,相干效应较小可忽略,软场地条件下结构的地震响应更大.      

大跨度连续梁拱桥多点多维地震响应分析

为研究多点多维地震动作用下大跨度连续梁拱桥的动力响应,以我国南方某主跨为139 m的钢管混凝土连续梁拱桥为研究对象,基于有限元软件OpenSEES建立桥梁的三维有限元分析模型,人工合成空间非一致地震动,探究地震动的失相干程度、场地条件及行波波速对桥梁动力响应的影响. 研究结果表明:地震波的空间变异性效应会对连续梁拱桥的地震响应产生明显影响,仅考虑一致地震动激励会高估桥梁结构的地震响应;场地效应对桥梁地震响应的影响规律最为突出,随着支撑点处的场地越来越松软,桥梁各个部位的内力及位移响应均大幅增加;地震动的失相干效应越明显,桥梁拱肋的内力越大,位移越小;行波效应对桥梁结构的地震反应没有较为明确的影响规律,但不可忽略其作用,仅考虑行波效应会严重低估下部结构的地震响应;在大跨度桥梁结构的地震响应分析中,应着重考虑地震动的空间变异性效应,并且准确衡量各因素的作用.      

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.     

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.      

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。     

桥梁结构非线性地震响应极值分布的估算方法

为了研究近断层脉冲地震作用下桥梁非线性地震响应极值分布，进行小失效概率下的桥梁动力可靠度精确计算，提出了一种有效的近断层脉冲地震作用下桥梁结构非线性地震响应极值分布分析方法. 首先考虑桥梁结构的非线性和地震动的不确定性，采用拉丁超立方抽样对近断层脉冲地震动随机参数和结构随机参数进行随机抽样，通过模拟的高频地震动均方值和与精确值的相对误差确定出所需要的样本数量；其次以合成的近断层脉冲地震动作为地震激励，通过时程分析对结构非线性动力方程进行求解，从而得到结构非线性地震响应极值样本，再采用改进的分数阶矩最大熵原理获得结构非线性地震响应的极值分布；最后通过非线性单自由度系统和三层非线性剪切框架验证了该方法的有效性. 研究结果表明:该方法不仅能够有效的模拟近断层脉冲地震作用时，桥梁结构与地震动双重不确定性影响下的动力响应极值分布，更能在兼顾效率和计算精度时，精确估计桥梁结构非线性地震响应极值的尾部分布，能够为桥梁结构非线性动力可靠度评估提供一种有效的途径.      

非平稳地震作用下高墩桥梁体间隙需求分析

为了研究非平稳地震作用下高墩桥梁体防撞间隙需求,基于随机振动理论及虚拟激励法,对不同烈度下场地条件对非平稳间隙需求的影响进行了分析. 首先,建立了非平稳地震作用下相邻梁体相对位移需求与烈度间的数学关系;其次,基于理论计算的梁体间最大相对位移,确定碰撞间隙宽度需求以达到防止梁体间发生碰撞的目的;最后,以某大跨度连续刚构-连续梁体系为实际工程算例,研究了非平稳地震作用下桥梁结构在一致场地和非一致场地（实际场地）条件下的碰撞间隙需求量,且获得了不同烈度下非平稳碰撞间隙需求谱. 研究结果表明:非平稳地震作用下,硬土场地条件时,相对位移时变均方差的峰值最小,实际场地条件最大,约为硬土场地的4倍;实际场地条件的各烈度下非平稳碰撞间隙宽度需求均值比软土场地、中土场地和硬土场地分别大36%、69%和73%,均方差分别大45%、74%和78%;平稳地震激励比非平稳地震激励时碰撞间隙需求量大20%～30%.      

地震空间变化性对高墩铁路桥碰撞响应的影响

为了研究不同地震动参数对高墩铁路桥碰撞的影响,以一座典型高墩铁路桥为例,基于OpenSees平台采用弹塑性动力时程分析方法对其在一致激励及多点激励下的碰撞响应进行了理论分析.首先,采用Hertz-damp模型充分考虑了结构在碰撞过程中的能量耗散和刚度变化;其次,依据中国桥梁抗震规范并基于"谱兼容"的方法选取了符合不同场地条件的天然地震记录;最后,在此基础上完成了考虑行波效应和场地效应的高墩桥碰撞响应对比分析.研究结果表明:地震动的空间变化性不但会对桥梁结构的内力产生显著影响,还会增大结构的振幅或加剧相邻结构之间的不同步振动,从而显著增大碰撞发生的概率和碰撞力的大小,在桥梁的抗震设计中应考虑其对桥梁结构碰撞产生的影响,否则会错误的估计结构的响应;行波效应会改变地震动的相位角,对梁-梁处的碰撞影响更为显著,特别是视波速较小时,而场地效应会增大地震动的幅值,对梁-桥台处的碰撞影响更为显著,在进行防撞减撞设计时不但要考虑地震动的空间效应,还应充分考虑导致结构不同部位发生碰撞的主要因素,以便采取合适的减撞措施和设计方法.      

Seismic Responses of Asymmetric Base-Isolated Structures under Near-Fault Ground Motion

An inter-story shear model of asymmetric base-isolated structures incorporating deformation of each isolation bearing was built, and a method to simultaneously simulate bi-directional near-fault and far-field ground motions was proposed. A comparative study on the dynamic responses of asymmetric base-isolated structures under near-fault and far-field ground motions were conducted to investigate the effects of eccentricity in the isolation system and in the superstructures, the ratio of the uncoupled torsional to lateral frequency of the superstructure and the pulse period of near-fault ground motions on the nonlinear seismic response of asymmetric base-isolated structures. Numerical results show that eccentricity in the isolation system makes asymmetric base-isolated structure more sensitive to near-fault ground motions, and the pulse period of near-fault ground motions plays an import role in governing the seismic responses of asymmetric base-isolated structures.     

基于三角函数内插法的波动反应谱计算精度分析

以反应谱基本概念和线性插值法为理论基础提出了求解波动反应谱的三角函数内插法。推导了反应谱计算公式,建立了时间间隔相等的三角函数内插法的连锁递推反应谱计算公式。对简谐波动荷载进行三角函数内插法、解析法和"精确法"的反应谱计算,结果表明:采用三角函数内插法的反应谱计算值比反应谱计算方法(精确法)计算值更接近解析解,且计算精度更高。利用三角函数内插法对两条实际记录的波动加速度时程曲线进行反应谱的数值计算。分析表明:基于三角函数内插法得到的各反应谱值是稳定的,其反应谱值一般稍大于线性内插法所得结果,精度满足要求,能在一定程度上简化计算。     

基于改进局部递归率的脉动风速非平稳度分析方法

为了克服递归趋势(recurrence trend, RT)指标对不同信号非平稳度估计存在误判的缺陷,分别采用互信息法和伪临近法确定了递归量化分析的最佳延迟时间和最小嵌入维数,然后在递归量化分析基础上,提出了归一化局部递归率标准差(standard deviation of normalized local recurrence rate, SDNLRR)作为信号非平稳度量化指标.利用该指标,通过递归量化分析方法分析了白噪声信号、正弦信号、调幅信号、线性调频信号4个基本信号和2个实测台风场脉动风速信号的非平稳特性,并与传统的递归趋势指标分析结果进行了对比.研究结果表明:利用SDNLRR指标对6个信号的非平稳度的量化比较准确率达100%,比RT指标的准确率提高了33.33%,消除了RT指标对正弦信号和平稳脉动风速信号的错误估计.      

我国抗震规范时程分析中地震动的输入数量

针对我国现行建筑抗震规范时程分析中地震动输入数量这一问题开展研究. 首先基于结构响应参数服从对数正态分布的理论假设，通过 500次/组蒙特卡罗抽样，模拟了两种不同输入地震动数量方案下的结构响应参数的累积概率分布曲线，表明 了3条记录下选择响应最大值和七条记录下选择响应平均值两种输入方案的累积概率分布曲线存在较大差异:前者计算结果期望值要高于理论均值，且结果受响应离散性影响较大；后者计算结果的期望值就是响应理论均值本身，受响应离散性影响较小. 同时对我国某10层平面RC框架进行弹塑性时程分析，结果表明:3条记录选取最大值的输入方案下结构响应预测均值要显著高于增加记录选取数量和控制记录间离散性的其他输入方案；建议在7条及以上强震动记录下的响应均值的基础上，以记录数量与响应离散性作为参数，通过经验修正公式来计算0.84分位值，以得到满足规范要求的84%以上保证率的计算结果，并对该经验修正公式在我国抗震规范下的适用性做了结构数值模拟验证.      

随机地震激励下高墩桥梁碰撞可靠度分析

为了研究不同地震动强度作用下高墩桥梁的碰撞可靠度的不同,在频域范围内提出了一种以虚拟激励法为基础的动力可靠度计算方法,依托某高墩大跨度桥梁为工程背景,分析了高墩桥梁在不同地震强度下的碰撞可靠度.选择反应谱的水平加速度作为地震强度衡量指标,且将不同强度指标的反应谱转化为相应的功率谱;利用虚拟激励法求解随机振动方程,得到结构响应的均值与均方差值,再基于Davenport理论获得结构峰值响应的期望和标准差;根据首次超越理论计算梁体碰撞可靠度.研究表明:地震动加速度小于0.22g时,梁体之间不发生碰撞,动力可靠度为1.0;加速度大于0.22g时,梁体碰撞动力可靠度下降明显,即在强震作用下,梁体发生碰撞.