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%).     

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。      

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.      

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。     

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.      

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.     

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。     

矩形断面高层建筑脉动风荷载频谱特性研究

为研究风场特性及矩形断面长宽比等因素对矩形高层建筑脉动风荷载功率谱特性的影响,以矩形断面(宽厚比B/D=2∶1,1∶2)为例,采用刚性模型测压风洞试验的方法,测得了边界层中矩形模型的脉动风荷载时程.参考日本建筑设计建议(AIJ)给出的横风向脉动风荷载谱模型,对试验结果进行拟合,给出了一个简化的矩形高层建筑横风向脉动风荷载功率谱函数表达式.试验结果表明,顺风向脉动风荷载主要由纵向紊流引起,其功率谱密度函数特征与来流紊流基本一致;横风向脉动风荷载的形成机理较为复杂,矩形断面侧边存在复杂的分离流动及再附现象,但其无量纲功率谱密度沿高度基本一致;斯托哈尔数沿高度方向变化较小,当宽厚比分别为2∶1和1∶2时,斯托哈尔数分别约为0.128和0.069 7.     

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.     

中低速磁浮轨道梁温度场时程分析

为掌握磁浮轨道梁在长期外界环境作用下产生的复杂的温度场时变规律,在长沙磁浮运营线的轨道梁内埋设温度传感器,通过1.5 a的现场温度监测,获得测点温度时程曲线,并提出了基于时间序列加法模型求解的方法. 该方法将测点温度分解成均匀温度与波动温度,并利用傅立叶曲线拟合方法研究二者的时程曲线,得到轨道梁温度场时变规律. 研究结果表明:均匀温度与当地气候变化相关,各测点均温基本相同,结构温度时变趋势可用中位值为20.41 ℃、变化幅值为12.61 ℃、初相位为20 d、周期为365 d的余弦函数表示长沙磁浮轨道梁均温时程曲线;波动温度与日照作用相关,以日为周期在0线上下波动,可用两个正弦函数分段拟合升降温时程曲线.      

基于AIC准则的脉动风速时程模拟

阐述脉动风速时程模拟的方法和AIC准则。采用线性滤波器中的AR模型,结合AIC准则进行模型阶数选择,用MATLAB编程模拟脉动风速时程,并与目标功率谱进行比较,模拟效果较好,可以满足工程精度的要求。     

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.     

解析法分析铁路环境振动的列车随机激振荷载

将虚拟激励法和车辆-有砟（无砟）轨道-路基-地基耦合系统垂向振动解析模型有效结合起来,由轨道不平顺功率谱直接得到准确的列车随机激振荷载功率谱,然后采用频率采样三角级数法反演出列车随机激振荷载时程。为铁路环境振动中列车随机激振荷载的计算提供了一简便有效的方法。算例比较了有砟轨道和无砟轨道两种情况下CRH3高速列车运行引起的列车随机激振荷载功率谱密度与时程曲线。     

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。     

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。     

南京长江大桥地震动设计参数

本文根据大桥场地方圆３２０ｋｍ范围内的的地质构造、历史地震和地震活动性资料的分析结果,判别潜在震源,根据中、强地震动以及东部地震烈度观测资料得到衰减规律,采用了断层－破裂模型通过地震危险性概率法得到桥梁场址年超越概率基岩峰值。采用非平稳随机过程模型得到人工地震动。最后,应用场地土层动力性能的试验数据,通过波动分析得到桥址场地设计地震动参数。     

河口铁路大桥的地震反应分析

以河口铁路大桥为工程背景,采用结构分析软件ANSYS建立三维有限元模型,进行了模态分析;并通过与相同跨度直线桥模态分析的结果对比,分析了该桥的振动特点.在此基础上,运用反应谱法和时程反应分析法,计算了该桥在不同地震动输入方式下的地震响应,并与相同跨度直线桥时程反应分析结果进行了比较,分析结果对于同类型曲线梁桥的结构设计,动力特性以及抗震性能的分析有一定的借鉴意义.     

遮挡效应对双柱悬索拉线塔风力特性影响分析

为研究悬索拉线塔在遮挡条件下塔体风荷载的分布特性,为抗风设计提供理论依据,采用高频测力天平分别对单、双立柱在紊流以及均匀流风场中进行风洞试验,分析研究了遮挡效应对塔架立柱基底弯矩功率谱以及平均风力系数的影响,并对塔架基底弯矩功率谱进行了参数拟合,基于顺风向脉动风速谱的基本形式,分别完成了单立柱及双立柱顺风向、横风向以及扭转向动力风荷载模型的参数拟合.研究结果表明:紊流场下,对于单立柱,横风向基底弯矩功率谱峰值主要在15°、30°、45°风向角下较大;双立柱条件下(即存在遮挡效应),对于横风向基底弯矩功率谱而言,其变化规律同顺风向基底弯矩谱基本一致,但其谱峰值是顺风向峰值的10倍;均匀流场下,遮挡距离在10D~20D(D为塔架截面宽度)时,三分力系数变化最敏感,遮挡效应最为显著.     

近场多脉冲地震作用下高墩桥梁地震响应分析

为了研究近断层地震的多脉冲效应对不规则高墩大跨桥梁非线性地震响应的影响,首先,采用眼观识别的方法选取了典型的多脉冲、单脉冲和非脉冲3组地震动;然后,采用小波变换识别方法和能量识别方法对其脉冲性进行识别,研究了脉冲地震动识别方法对多脉冲地震动的适用性;最后,以某大跨度高墩桥梁为例,基于OpenSees建立了其非线性有限元模型,对其进行了非线性地震响应分析,对比研究了近断层多脉冲地震动及单脉冲地震动对不规则高墩桥梁非线性地震响应的影响. 研究结果表明:现有的近断层脉冲识别方法只适用于速度时程中只含有一个主脉冲的地震动,对于多脉冲地震动,其失效的可能性非常大;近断层脉冲地震动对不规则高墩桥梁具有更强的破坏性,特别是在多脉冲地震作用下,1号、2号两个高墩的墩顶位移需求分别增加了118.9%和109.6%,墩底弯矩和墩底曲率也有明显的增大;近场多脉冲地震作用下主梁的碰撞次数增大了3～5倍,碰撞力也会增大2～3倍,主梁更容易发生严重的碰撞破坏,在抗震设计时应采取适当防撞措施.