部分相干效应对大跨度空间结构随机地震响应的影响
行波效应下劲性骨架混凝土拱桥地震响应规律分析
行波效应下劲性骨架混凝土拱桥地震响应规律分析地震时地震波的振幅、相位以及频谱特性随时间和空间的变化而变化,地震多点激励主要体现为部分相干效应、行波效应和局部场地效应[1]。
大跨径桥梁结构受地震动空间变异性的影响较为明显,因而在此类结构抗震设计中有必要进行非一致激励分析以考虑空间变异性的影响。
研究表明,行波效应对桥梁结构地震响应的影响起主导作用[2],因此通常采用行波法研究非一致激励对结构的作用。
其基本思路是假定场地条件不变,地震波以恒定速度传播,经过各支承点时波形保持不变,分析相位差Δt 对结构的影响。
拱桥结构造型优美,施工相对方便,近年来不少学者对拱桥结构受行波效应的影响进行了研究。
王君杰等[3]研究了地震动空间变化对大跨度拱桥结构动力特性的影响,认为地震动空间变化对主拱圈内力响应有重要影响。
徐燕等[4]选取了存在速度差异的近断层地震波对大跨度钢拱桥进行行波效应分析,得出行波效应对钢拱桥的不同构件有复杂影响。
吴玉华等[5]对钢管混凝土拱桥进行了三维正交地震动多点激励下的平稳随机响应分析,发现行波效应能够显著增加拱肋的内力,三维地震作用相较一维地震作用能使拱肋产生更大的内力。
王浩等[6]分析了湖南益阳茅草街大桥拱上关键截面响应在行波作用下的变化规律,发现行波效应的影响与结构特性和地震波特性密切相关。
楼梦麟等[7]讨论了某大跨公路拱桥在竖向地震动行波输入和一致输入下的动力反应,发现行波地震反应并不随波速单调变化,结构在行波输入下产生较大的地震反应,并提出了行波共振的概念。
杨华平等[8]对怒江特大桥进行了非一致地震激励时程分析,发现行波地震响应与波速不存在单调变化关系,为保证设计结果可靠性应选取多种剪切波速计算行波效应对结构的影响。
李小珍等[9]采用大质量法对刚构-连续组合桥梁进行了相位差条件下结构非线性地震响应分析,发现在进行行波分析时必须根据基岩类型选择合适的相位输入;在纵向行波作用下,结构内力响应峰值和位移响应峰值随相位差呈周期性变化。
行波效应对大跨度空间结构随机地震响应的影响
世纪优秀人才支持计划 ( N CET- 06- 0229 ) 作者简介: 丁 阳 ( 1966 ) , 女, 教授, 博士, 主要从事钢结构与空间结构设计理论与工程应用研究. E-m ai:l dingyang@ tju. edu. cn
本文将采用虚拟激励法, 重点讨论结构地震峰值响应随地面视波速变化的规律和行波效应对结构地震 响应的影响。首先, 对一个双支座单自由度体系进行研究, 分析内力功率谱及内力峰值随地震波视波速变化 的规律, 研究行波效应的作用机理。然后将所得结论推广到多地面支撑点、多自由度体系。最后针对一实际 大型空间网壳结构在不同地震视波速下随机地震响应, 进一步讨论行波效应对结构地震响应的影响规律。
中图 分类号: P315196; TU 311
文献标志码: A
Influence of w ave travelling effect on random seism ic responses of long-span spatial structures
D ING Y ang, ZHANG Jiw e,i L I Zhongx ian
( 2)
式中: Sii ( X ) 和 Sjj ( X ) 分别是第 i 个支撑点和 j 个支撑点地面加速度自功率谱密度函数; i 是单 位复数;
Qij ( X, dij ) 表示两个地面支撑点处地震动振幅之间的比例关系, 本文考虑完全相干的 情况, 即 Qij ( X,
考虑空间相干的虚拟激励法在大跨度空间结构随机振动分析中的应用
考虑空间相干的虚拟激励法在大跨度空间结构随机振动分析中
的应用
孙建梅;叶继红;程文瀼
【期刊名称】《铁道科学与工程学报》
【年(卷),期】2007(004)005
【摘要】采用虚拟激励法分析大跨度空间结构的随机地震响应,通过对网架、网壳、索网和索穹顶4种结构形式在一致和多点输入下结构节点的位移响应方差及加速
度功率谱的分析,给出了考虑空间相干性的多点输入法与一致输入法之间结构响应
的差异以及变化规律,并探讨了拟静力项对不同结构形式的影响,为大跨空间结构设
计提供理论依据.同时,计算还表明虚拟激励法是一种高效且精确的方法,对于分析大跨度网格和索结构这样复杂结构在多点输入下的地震响应是很合适的.
【总页数】11页(P11-21)
【作者】孙建梅;叶继红;程文瀼
【作者单位】上海电力学院,管理与人文学院,上海,200092;东南大学,土木工程学院,江苏,南京,210096;东南大学,土木工程学院,江苏,南京,210096;东南大学,土木工程
学院,江苏,南京,210096
【正文语种】中文
【中图分类】TU311.3
【相关文献】
1.多点虚拟激励法在整车随机振动分析中的应用 [J], 李杰;秦玉英;赵旗
2.虚拟激励法在叶轮随机振动分析中的应用 [J], 王跃方;王素景
3.振动控制方法在大跨度空间结构中的应用与研究进展 [J], 蒋伟;刘纲
4.振动控制方法在大跨度空间结构中的应用与研究进展 [J], 蒋伟;刘纲
5.抗震支座在大跨度空间结构中的应用 [J], 游新宏;刘浩;姜鑫
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航站楼屋盖大跨度钢结构动力特性地震响应分析
航站楼屋盖大跨度钢结构动力特性地震响应分析一、内容综述随着科技的飞速发展,世界范围内的基础设施建设不断取得新的突破。
在众多的基础设施项目中,航站楼屋盖大跨度钢结构作为重要的结构形式,其动力特性及其抗震性能的研究逐渐受到人们的关注。
本文旨在对近年来航站楼屋盖大跨度钢结构在地震作用下的动力特性进行详细阐述,以期为相关领域的科研和工程实践提供有益的参考。
航站楼屋盖大跨度钢结构具有空间刚度大、结构形式多样、材料种类繁多等特点。
在地震作用下,这些特点使得钢结构易产生复杂的振动现象,如颤振、模态转换、振动衰减等。
这些振动不仅会影响建筑物的正常使用,还可能对结构的安全性造成严重威胁。
对航站楼屋盖大跨度钢结构的地震响应进行分析,具有重要的理论意义和实际应用价值。
关于航站楼屋盖大跨度钢结构地震响应的研究已取得了一定的成果。
由于钢结构本身的复杂性和地震作用的随机性,现有的研究仍存在一定的局限性。
对于不同地震动特性、不同截面形式的钢结构,其地震响应规律尚不完全明确;对于钢结构的减震控制技术,也缺乏系统的研究和实证分析。
本文拟在现有研究的基础上,进一步深入探讨航站楼屋盖大跨度钢结构的地震响应问题,为相关领域的研究提供新的思路和方法。
本文还将对航站楼屋盖大跨度钢结构在地震作用下的动力特性进行详细的实验研究。
通过搭建足尺模型,利用激光测振仪、高速摄像机等多传感器技术,对钢结构的地震响应进行实时、精确的测量。
还将开展振动台试验,模拟实际地震环境下的钢结构动力响应行为。
这些实验研究将为理论分析提供有力的支撑,也为后续的结构设计和减震控制技术的研究提供新的途径。
本文将对航站楼屋盖大跨度钢结构在地震作用下的动力特性进行深入研究,旨在为航站楼屋盖大跨度钢结构的设计、施工和抗震性能评估提供理论依据和技术支持。
通过实验研究,揭示钢结构在地震作用下的动力学行为,为相关领域的研究和应用提供新的思路和方法。
1. 航站楼屋盖结构的重要性在现代交通枢纽中,航站楼屋盖结构承载着重要的功能。
地震作用下大跨度空间网架结构的行波效应分析
地震作用下大跨度空间网架结构的行波效应分析【摘要】本文通过采用一致激励和非一致激励对大跨度网架结构加载,通过动力时程分析研究地震的行波效应对大跨度空间结构地震响应的影响,讨论了相位差的不同对结构位移、速度和加速度响应的影响。
对深入研究大跨度空间网架结构的抗震设计以及分析其地震响应的行波效应提供了一定的依据和方法。
【标签】大跨度网架结构,行波效应,Newmark积分法,结构地震响应。
1. 前言大跨度空间结构具有重量轻,刚度大,受力性能高效,生产施工快速方便,外形新颖美观等优点,因此网架结构在需要大跨度的体育场馆、展览馆和工业民用建筑中有着广泛的应用。
准确地分析其地震反应是空间网架结构设计中重要的环节。
而现在许多大跨度空间网架结构的跨径都在100m以上,典型的地震波波长为几百米。
通过大量研究发现,当结构的跨度与地震波波长的比值γ≥1/4时,就必须考虑结构地震响应的行波效应问题,即不同地面结点之间的运动相位差。
目前对大跨度桥梁地震响应的行波效应研究比较多,对空间网架结构的研究还相对较少。
本文针对大跨度网架结构进行动力时程分析,地震波按照两种加载方法进行加载。
一种是一致激励加载,另一种是非一致激励加载,即考虑结构地震响应的行波效应。
通过ANSYS 软件计算比较了两种激励下结构的地震响应。
讨论了不同相位差下结构的地震响应。
对深入研究大跨度空间网架结构的抗震设计以及分析其地震响应的行波效应提供了依据和方法。
2. 基本理论当考虑行波效应时,建立的体系的运动方程如式1。
(1)其中,[M]、[C]和[K]分别是结构包括基础节点的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵,、和、分别是结点总位移向量、加速度向量和速度向量,{F}是外力向量。
在ANSYS软件中,瞬态分析求解过程采用Newmark时间积分法方法求解式(1)。
Newmark法在时间间隔Δt内采用有限差分法,表述如下:(2)(3)其中α、δ是Newmark 积分常数;α= ,δ= ,γ为振幅衰减系数。
考虑土-结构相互作用的大跨度空间结构抗震研究进展
考虑土-结构相互作用的大跨度空间结构抗震研究进展曾佳明;朱忠义;吕辉;张成明;李丹【期刊名称】《建筑科学与工程学报》【年(卷),期】2024(41)1【摘要】考虑土-结构相互作用(SSI)的大跨度空间结构抗震研究对于实现大跨度空间结构精确化分析,保障结构抗震安全性具有重要意义。
为了更好地应用已有大跨空间结构考虑土-结构相互作用的研究成果,分别对土-结构相互作用研究分析方法、框架结构SSI效应影响分析、地下-土-地上结构相互作用研究现状、大跨度空间结构与下部支承体系协同工作及考虑SSI对大跨度空间结构动力性能的影响等方面的研究成果进行了梳理。
结果表明:已有土-结构相互作用分析方法及计算模型对于大跨度空间结构的适用性有待商榷;框架结构SSI效应和大跨度空间结构与下部支承体系协同工作的研究相对成熟,其成果可供借鉴;带有大型复杂地下结构的大跨空间结构SSI效应显著;现有研究多以数值模拟为主,试验技术的发展对大跨空间结构土-结构相互作用抗震理论的验证至关重要;未来需要进一步研究实用的简化计算模型及分析方法、地下结构-土-大跨度空间结构体系、强震失效倒塌机理及减隔震研究、试验研究、参数分析、复杂效应耦合等。
【总页数】14页(P69-82)【作者】曾佳明;朱忠义;吕辉;张成明;李丹【作者单位】南昌航空大学土木建筑学院;南昌航空大学江西省装配式建筑与智能建造重点实验室;北京市建筑设计研究院有限公司【正文语种】中文【中图分类】TU311.3【相关文献】1.考虑上部结构-群桩-土相互作用的整体空间结构体系的动力分析2.考虑土-结构相互作用的大跨度斜拉桥非线性地震反应分析3.考虑土-独立基础-结构相互作用的钢筋混凝土框架结构抗震性能研究4.考虑土-结构相互作用的框架结构抗震性能分析5.考虑土与结构相互作用的钢筋混凝土框架子结构抗震性能试验研究因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
近断层地震脉冲效应对大跨度桥梁地震响应的影响
如表 3所 示 , 加 速 度 脉 冲 为 主 导 的 Rnli 以 ia d
输入 引起 悬索 桥各 关键 部 位 的位 移 响 应 与 Ec n o le t r 波 的结果 比较 接 近 , 别 部 位 甚 至 还 小 , 是 以 滑 个 但
冲效 应为 主导 的 Tu7 c06输 入却 激 起 了塔 梁 连接 处 3~ 4倍 的位 移 响应 ; 与此 同 时 , 向输 入 下 塔 顶 的 纵 位 移却 相差 不 大 , 且 位 移 量 也 相 比较 小 , 说 明 而 这 塔 本 身 的振 动 不是 引起 如 此 大 纵 向相 对 位 移 的 主 要 原 因 。另 外 , 由表 2可 见 , 管 悬 索 桥 的一 阶 周 尽 期最 长 , 到 2 , 达 1S但模 态 是 横桥 向 的 , 第 二 阶 纵 而
长周 期结 构也许 并 不合适 。因此 , 采用 C WB获得 加速 度 时程记 录 , 通 过 积分 和 二次 积 分获 得 速度 和具 并 有 明显滑 冲效应 的位移 时程 , 1为 以上各 记录 的相关 信息 。 表
表 1 所 用 地 震 波 信 息
因 Ecn oN l  ̄ S记 录 的加 速度 峰值 在 0 3 e .g左右 , 因此 以上所有 记 录均按 加速 度峰 值调 整到 0 3 图 1 .g, 为相应 的 5 阻尼 比 的加 速度 和位 移反 应谱 。考 虑 到 大跨 度 桥 梁 的周 期 很 长 , % 因此 反 应谱 曲线 包含 了直
t、 ot ig 、 oeLmiadC ih) 分 展示 了此 类地 震 异 于远 场 地 震 的 显 著脉 冲特 点 及其 对 土木 工 aN r r e K b 、z t n hC i充 hd
程结 构 产生 的 灾难 性破 坏 , 引起 了 国际地 震工 程 界 和土 木工 程 界对 该类 地 震 动本 身及 其 作用 下 结 构 的抗
大跨度空间结构多维多点随机地震反应分析的开题报告
大跨度空间结构多维多点随机地震反应分析的开题报告开题报告题目:大跨度空间结构多维多点随机地震反应分析一、研究背景大跨度空间结构在现代建筑中得到越来越广泛的应用,如体育场馆、会展中心、机场航站楼等。
这些结构的特点是跨度大、体量大、结构复杂,面对复杂的外部环境因素,要求其具有较强的抗震性能,以保障结构在地震等突发事件发生时安全可靠运行。
因此,研究大跨度空间结构的抗震性能成为建筑工程领域的重要问题。
现有的抗震分析方法主要针对单点地震反应或者选取有代表性的地震记录进行分析。
然而,这种方法忽略了地震的随机性及其与结构的相互作用。
在实际的地震灾害中,不同的地震事件对于结构的破坏程度是具有随机性的,因此需要考虑多点多维的随机地震反应分析。
二、研究目标本课题旨在研究大跨度空间结构的多维多点随机地震反应分析方法,探索比较可靠且具可行性的工程实践方案,从而更好地提高大跨度空间结构的抗震性能,降低地震灾害的风险。
具体目标包括以下几个方面:1. 基于大跨度空间结构的工程背景,分析其抗震需求,建立反应分析模型;2. 了解随机振动理论与方法,确定随机地震反应的相关参数,建立相关计算模型;3. 探究多维多点地震反应分析方法及工具,如有限元法、Monte Carlo模拟等;4. 根据模型计算及分析结果,对大跨度空间结构的抗震设计进行优化,并得到具体方案;5.进行分析结果的验证与验证,对该分析方法及方案进行评估,得正式结论。
三、预期成果本课题将探究大跨度空间结构的多维多点随机地震反应分析方法,并建立相应的计算模型,根据分析结果得到具体的优化方案,提高大跨度空间结构的抗震性能,降低地震灾害的风险。
预期成果包括:1. 大跨度空间结构的抗震设计理论分析框架;2. 大跨度空间结构多维多点随机地震反应分析模型;3. 大跨度空间结构的抗震设计优化方案;4. 论文和学术报告。
四、研究计划1. 第一阶段(前期准备,两周):研究相关文献,了解大跨度空间结构的抗震需求及现有的抗震分析方法,明确本研究的目标与研究思路。
大跨度结构非一致地震动作用浅析
to xi tn rc r ocr i r et w c a os ns ut e f e an o c e ti o t u t p j .
K e wor lngs a tucur;sm p es pp r xctto ; n unf r e ct to y ds o p n sr t e i l u o e ia in no - io m x iai n t
大坝等, 若仍采用传统的方法分析, 显然过于粗糙。因 为地震时从震源释放出来的能量 以地震波 的形式传
至地表 , 而地表各点接收到的地震波是经由不 同的路
行波对土坝反应影响时, 首先推导了多点输人的运动 方程。 其基本原理是把结构反应的总位移分为拟静态 位移和动态位移, 拟静态位移用静力法求解, 将此代回
暑
・ 7・ 3
原方 程即可求 出动态位移 , 从而求 出总位移 。 参 照 以上 的分析 方法 及结 构地 震 动场 的研 究成
果 , 前已经有许多针对桥梁 、 隧道、 目 坝、 渡槽等大跨度
口
结 构 的地震 动空 间效 应分析 , 但对于公 共 网壳结构的相关分析还不多, 本文将以 个实际工程为研究对象 , 分析其在一致地震动和非
支座 扰动分析 ( 即在不 同支 座点 上分别作 用不 同的地 震输入 ) 是重要 的。
造成的:在地震动场不同位置, 1 1 地震波在到达时间上 存在一定的差异 , 称之为行波效应。 1 2 地震波在传播过 程中, 将会产生复杂的反射和散射。同时, 地震动场不
同位 置地震波 的叠 加方式不 同。因此 , 导致 了相干 函
第3 1 2卷 增 刊
有 色 冶 金 设 计 与 研 究
21 01 6 月
大跨度空间结构考虑行波效应的地震动随机响应分析
即认为结构所有支座 同时受到相同的地震 地面波作
用 。这 个假 定相 当于 认 为 地 震 波 波 长 远 远 大 于结 构 的平面 尺寸 , 而结构 各支 座所 受 到 的 同一地 震 波 的 从
不均匀场地中地震波的反射和折射, 以及从一个大的
震 源 区域 的不 同位 置 传 到不 同支 座 的地震 波 叠加 方 式不 同 , 各支 座所 受 的地震 激 励 并 不完 全 相 干 ; ) ( 局 3 部 场地效 应 。不 同支承处 的场地 条件 不 同 , 它们 影 响
s i c r s o s s o v es e p n e a f e—s a s c ni u u ii —f me r s s n me ia l i ltd u d r t v l g wa e e e t -c mp r d w t mi f i p n o t o sr d l n g a d b i e i u r l y smu a e n e r ei v f c s o a e i a c a n h
有 的结 构抗震 设计 规 范及 分析方 法都 提 出 了挑 战 。
我 国现行 抗 震设计 规 范是基 于一 致输 入 假 定 的 ,
虑以下三种空间效应 : ) ( 行波效应 。由于地震波传播 1
速度 是有 限值 , 当结 构 支 座 之 间 距 离很 大 时 , 必须 考 虑其 到 达各支 座 的时 间不 同 ; ) 相 干效应 。 由于 ( 部分 2
跨 海大 桥 、 型会议 中心等 正被 设 计建 造 出来 。怎样 大
构有较大不同。由于大跨度空 间结构具有 较大的平 面尺寸 , 因此在做抗震分析时, 了确保计算结果 与 为
真实 地震 反应 之 间的误差 不致 过 大 , 一般 认为 应该 考
行波效应对大跨多塔悬索桥地震反应的影响分析
行波效应对大跨多塔悬索桥地震反应的影响分析邓育林;何雄君【摘要】Based on a realistic engineering project of a long-span multi-tower suspension bridge, the seismic response under seismic wave passage is analyzed. And the effect of different longitudinal connections between the middle-tower and the girder, and distinct foundations of the middle-tower on seismic wave passage effect was studied. The results indicate that seismic wave passage can amplify the seismic demand of side-towers, but has minor effects on seismic demand of middle-tower. It also has minor effects on seismic demand of foundations and the displacement of main grider. The effect of seismic wave passage on seismic demand of side-towers increments as the piles foundation of middletower substitute for caisson. But the effect of seismic wave passage on seismic demand of middle-towers increases as the caisson foundation of middle-tower substitute for foundation with longitudinal elasticity spring between the main-tower and the main girder.%以一座大跨3塔悬索桥为工程背景,采用时程分析法分析了行波效应对大跨多塔悬索桥地震反应的影响,比较了行波作用下不同结构体系地震反应的变化规律.研究结果表明:行波效应可能会使边塔的地震反应有较大增长,但对中塔的地震反应影响不大;行波效应对边、中塔基础及梁端位移的反应影响不大;结构体系的变化对行波效应有一定影响,当中塔由沉井基础变为桩基础时,行波效应对边塔的地震反应影响增大;而当中塔与主梁之间设置弹性索,中塔由桩基础变为沉井基础时,行波效应对中塔的地震反应影响增大.【期刊名称】《武汉理工大学学报(交通科学与工程版)》【年(卷),期】2011(035)003【总页数】5页(P443-447)【关键词】三塔悬索桥;行波作用;地震反应;沉井;桩【作者】邓育林;何雄君【作者单位】武汉理工大学交通学院,武汉430063;武汉理工大学交通学院,武汉430063【正文语种】中文【中图分类】U442.55对于大跨悬索桥的行波效应,许多学者进行了研究,Nakamura等[1]采用多点激励的反应谱方法,以及复杂的三维有限元模型,对金门大桥进行了地震反应分析,他们指出,对于大跨悬索桥,由于其柔性的影响,动力反应分量是主要的.此外,行波效应和多点激励对动力反应分量有显著的影响.对于两塔的反应,多点激励会导致较小的结果.A.A.Dumanoglu等[2]对3座欧洲大跨箱梁悬索桥进行了行波效应的比较分析,结果发现,在悬索桥的某些部位,行波效应会大大增加地震反应.胡世德等[3]通过对江阴长江大桥的地震反应分析指出,行波效应会使结构的反应增大.丰硕等[4]以构想中的1座主跨跨度达3 000m的悬索桥为研究对象,探讨行波效应对超大跨度悬索桥地震反应的影响.本文以泰州长江公路大桥为工程背景,分析行波效应对大跨多塔悬索桥地震反应的影响,并比较行波作用下不同结构体系地震反应的变化规律.1 计算模型泰州长江公路大桥为一座大跨3塔悬索桥,总体布置图见图1.2个主跨跨度均为1 080m,主缆的分跨为390m+1 080m+1 080m+390m,加劲梁采用封闭式流线型扁平钢箱梁.边塔为混凝土塔,索塔总高178.0m;中塔为变截面钢塔,索塔总高192.0m,横桥向为门式框架结构,纵向为人字型.在边塔下横梁上设置竖向和侧向支座.边塔采用46根D3.1/D2.8m变截面钻孔桩群桩基础,中塔采用倒圆角的矩形沉井基础.图1 三塔悬索桥布置图(单位:m)2 行波效应影响分析关于地震行进波速,现在学者们普遍认同应取视波速,而不是以前普遍采用的土层剪切波速,本次分析地震行进波速从150m/s开始,考虑到本桥南北两锚碇间距离很大,达2 940m,为较全面地分析地震行波效应的影响,最高波速取8 000 m /s,且依次取150,250,500,750,1 000,1 500,2 000,2 500,3 000,4 000,5 000,6 000,7 000和 8 000m/s 14个地震行进波速进行了分析,由于结构的对称性较好,本次分析仅考虑地震波从北端向南端传播.2.1 对主塔内力反应的影响图2、图3分别给出了地震动行进波速的变化对北塔塔底、南塔塔底以及中塔塔底截面内力的影响,图中纵坐标表示的是考虑行波效应与不考虑行波效应地震反应的比值,μ为12条波的平均值,σ为12条波的方差.图2 地震行进波速对塔底截面剪力的影响图3 地震行进波速对塔底截面弯矩的影响从图2、图3可以看出:对于边塔,考虑行波效应有时会增大其地震反应,有时也会其减小地震反应,而对于中塔,考虑行波效应总体上减小其地震反应.当波速不断变化时,北塔塔底截面剪力平均值变化幅度为0.90~1.10,弯矩平均值变化幅度为0.75~1.15;中塔塔底截面剪力平均值变化幅度为0.9 0~1.1 0,弯矩平均值变化幅度0.90~1.10;南塔塔底截面剪力平均值变化幅度为0.70~1.25,弯矩平均值变化幅度为0.80~1.20.考虑地震波的变异性,北塔塔底截面剪力最大增大28%,弯矩最大增大40%;南塔塔底截面剪力最大增大42%,弯矩最大增大35%;中塔塔底截面剪力最大增大30%,弯矩最大增大25%.2.2 对基础地震反应的影响图4、图5分别给出了地震动行进波速的变化对北塔基础反力、南塔基础反力和中塔基础反力的影响,图中纵坐标表示的是考虑行波效应与不考虑行波效应地震反应的比值,μ为12条波的平均值,σ为12条波的方差.从图4、图5可以看出:行波效应对边塔基础的水平反力影响不大,在个别波速情况下,对于北塔,平均值最大增加5%,考虑行波效应的变异性,最大增加15%,对于南塔,平均值最大增加7%,考虑行波效应的变异性,最大增加15%;行波效应对边塔基础的反力矩影响较大,对比图2和图3可以看出,其影响规律与对边塔塔底弯矩基本一致,但影响程度略小一点;行波效应对中塔基础的水平反力影响甚微,对反力矩影响也不大,即使考虑行波效应的变异性,最大增大也只有10%,且在大多波速情况下行波效应减小了中塔基础的水平反力及反力矩.图4 地震行进波速对主塔基础水平反力的影响图5 地震行进波速对主塔基础反弯矩的影响2.3 对塔顶主缆抗滑移安全系数的影响图6分别显示了地震行进波速的变化对边塔、中塔塔顶主缆抗滑移安全系数的影响,图中纵坐标表示的是考虑行波效应与不考虑行波效应地震反应的比值,μ为12条波的平均值,σ为12条波的方差.当比值小于1时表示行波效应对主缆抗滑移不利,反之大于1表示行波效应对主缆抗滑移有利.分析时主缆与鞍座鞍槽之间的摩擦系数μ取0.2.图6 塔顶主缆抗滑移安全系数比从图6可以看出:行波效应对北塔塔顶主缆抗滑移安全系数影响较小,且基本上都是对主缆抗滑移有利;而对南塔塔顶主缆抗滑移安全系数有一定的影响,在个别波速情况下,行波效应平均值最大使主缆抗滑移安全系数减小20%左右,考虑结果的变异性,最大使主缆抗滑移安全系数减小50%左右,应当予以重视;行波效应对中塔塔顶主缆抗滑移安全系数也有一定的影响,但大多数情况都是对主缆抗滑移有利,只有个别波速情况下,行波效应平均值最大使主缆抗滑移安全系数减小20%左右,考虑结果的变异性,最大使主缆抗滑移安全系数减小40%左右.2.4 对梁端位移的影响图7给出了地震行进波速的变化对梁端位移的影响,图中纵坐标表示的是考虑行波效应与不考虑行波效应地震反应的比值,μ为12条波的平均值,σ为12条波的方差.从图8可以看出,行波效应对梁端位移的影响很小,行波效应平均值最大使梁端位移减小3%左右,考虑结果的变异性,最大使梁端位移变化也在7%左右. 图7 地震行进波速对梁端位移的影响3 结构体系变化对行波效应的影响图8、图9分别给出了四个模型,地震动行进波速的变化对北塔塔底、南塔塔底和中塔塔底地震内力的影响,取12条波的平均值,图中纵坐标表示的是考虑行波效应与不考虑行波效应比值.图8 地震行进波速对塔底截面剪力的影响比较图9 地震行进波速对塔底截面弯矩的影响比较从图8、图9可以看出:当中塔基础形式不变时,无论中塔与主梁之间是否设置弹性索,行波效应对边塔塔底地震反应的影响规律及影响程度基本一致,即中塔、梁纵向连接方式的变化不会明显改变行波效应对边塔塔底地震反应的影响规律;而如果中塔、梁纵向连接方式不变时,中塔基础采用桩基础时,行波效应对边塔塔底地震反应影响要显著一些,特别是对边塔塔底剪力的影响,行波效应使得塔底剪力平均值最大增大25%左右,而当中塔基础采用沉井基础时,这一数值为15%左右. 从图8、图9还可以看出:当中塔采用沉井基础时,行波效应对中塔与主梁之间设置弹性索时的影响程度比中塔与主梁之间不设置弹性索显著;而当中塔采用桩基础时,无论中塔与主梁之间是否设置弹性索,行波效应对中塔塔底地震反应影响规律及影响程度相差不大;如果中塔、梁纵向连接方式不变时,中塔基础采用沉井基础时,行波效应对中塔塔底地震反应影响要略微显著一些.上面分析表明,当中塔由沉井基础变为桩基础时,由于中塔整体刚度减小,边塔与中塔刚度比增大,使得行波效应对边塔的地震反应影响增大;而当中塔与主梁之间设置弹性索,中塔由桩基础变为沉井基础时,由于中塔刚度增大,边塔与中塔刚度比减小,使得行波效应对中塔的地震反应影响增大.4 结论1)行波效应对边塔的地震反应有一定的影响,在个别波速情况下,行波效应使得边塔塔底反应增加40%左右;而行波效应对中塔的地震反应影响不大,且在大多波速情况下行波效应减小了中塔的地震反应.2)行波效应对边塔基础的水平反力影响不大,但对边塔基础的反力矩有一定的影响,其影响规律与对边塔塔底弯矩基本一致,但影响程度略小一些.行波效应对中塔基础的水平反力影响甚微,对反力矩影响也不大,且在大多波速情况下行波效应减小了中塔基础的地震反应.3)行波效应对梁端位移的影响很小,行波效应平均值最大使梁端位移减小3%左右,考虑结果的变异性,最大使梁端位移变化也在7%左右.4)当中塔由沉井基础变为桩基础时,由于中塔整体刚度减小,边塔与中塔刚度比增大,使得行波效应对边塔的地震反应影响增大.5)当中塔与主梁之间设置弹性索,中塔由桩基础变为沉井基础时,由于中塔刚度增大,边塔与中塔刚度比减小,使得行波效应对中塔的地震反应影响增大.参考文献[1]Nakamura Y,Kiureghian A D,Liu D.Multiple-support response spectrum analysis of the golden gate bridge[R].University of California at Berkeley,Report No.UCB/EERC-93/05,May,1993.[2]Dumanoglu A A,Brownjohn J M W,Severn R T.Seismic analysis of the fatih sultan mehmet suspension bridge[J].Earthquake Engineering and Structural Dynamics,1992,21:881-906.[3]胡世德,范立础.江阴长江公路大桥纵向地震反应分析[J].同济大学学报,1994,22(4):434-438.[4]丰硕,项贻强,谢旭.超大跨度悬索桥的动力特性及地震反应分析[J].公路交通科技,2005,22(8):31-35.[5]Zerva A.Response of multi-span beams to spatially incoherent seismic ground motions[J].Earthquake Engineering and Structural Dynamics,1990,19:819-832.[6]Ettouney M,Hapij A,Gajer R.Frequency-domain analysis of long-span bridges subjected to nonuniform motions[J].Journal of Bridge Engineering,2001(11/12):577-586.。
大跨度结构在多维多点地震激励下的响应分析
该展览馆基 础 支 点 平 面 布 置 见 图 1,结 构 计 算 模型见图 2 所示。
Industrial Construction Vol. 41,No. 11,2011
地 震 波 在 传 播 过 程 中 ,将 会 产 生 复 杂 的 反 射 和 散 射 。 同 时 ,地 震 动 场 不 同 位 置 地 震 波 的 叠 加 方 式 不 同 ,因 此,导致了 相 干 函 数 的 损 失,称 之 为 部 分 相 干 效 应 ( incoherence effect) 。3) 波在传播的过程中,随着能 量 的 耗 散 ,其 振 幅 将 会 逐 渐 减 小 ,称 之 为 波 的 衰 减 效 应( attenuation effect) 。4) 在 地 震 动 场 不 同 位 置,土 的 性 质 存 在 差 异 ,这 会 影 响 地 震 波 的 振 幅 和 频 率 ,称 之为局部场地效应( site effect) 。
从图 3—图 5 可以看出: 1) 各支座加速度模拟 时程具有时 - 频非 平 稳 特 性,沿 着 地 震 波 的 传 播 方 向 ,各 支 点 地 震 激 励 加 速 度 时 程 幅 值 基 本 相 同 ,频 谱 峰值低频部 分 下 降 明 显,总 体 趋 缓; 2 ) 各 支 点 激 励 穿零率随时间的变 化 为 不 规 则 震 荡 曲 线,表 明 地 震 波 复 杂 的 周 期 特 性 ,且 随 着 时 间 的 增 加 ,穿 零 率 大 小 有一定的波动,但其 整 体 趋 势 是 随 着 时 间 的 增 长 而 趋于平稳; 3 ) 沿 着 波 的 传 播 方 向,支 点 穿 零 率 明 显 减小,且随 着 距 离 的 增 加,振 荡 幅 度 变 小 并 趋 于 一 致,表明地震 波 高 频 成 分 衰 减 很 快; 4 ) 沿 着 波 的 传 播方向,场地类 别 为 II 类 的 04 支 座 处 穿 零 率 略 高 于场地类别为 IV 类的 03 支座,表明场地类别变硬, 地震波非平 稳 性 加 强,部 分 频 率 得 到 加 强; 5 ) 沿 着
行波效应对大跨度预应力混凝土连续刚构桥地震响应的影响
行波效应对大跨度预应力混凝土连续刚构桥地震响应的影响行波效应是指当地震波在土壤中传播时,由于土壤存在非线性和各向异性等因素,使得地震波在传播过程中产生改变波速和反射、折射等现象,对结构物产生影响的现象。
对于大跨度预应力混凝土连续刚构桥这样的大型结构来说,行波效应对其地震响应有以下影响。
首先,行波效应会导致地震波的能量在传播过程中逐渐衰减。
由于大跨度预应力混凝土连续刚构桥的结构质量大,刚度高,因此在地震波传播过程中,会有一部分能量耗散在结构体系内部的阻尼器、剪力墙等消能装置上,从而减少地震波对桥梁本体的作用力,在一定程度上减小地震对桥梁的破坏。
其次,行波效应还会引起地震波波速的改变。
由于土壤结构的非线性特性,地震波在传播过程中会产生相对较大的波速反射。
当这些反射波与初至波相互叠加时,会造成振动幅度和频率的变化,从而对桥梁的地震响应产生影响。
特别是对于大跨度连续构桥这样的结构,由于其自振频率较低,很容易受到地震波的波速变化影响,因此需要在设计过程中充分考虑土壤的波速反射对结构产生的影响。
此外,行波效应还会产生地震波的折射、绕射等现象,使得地震波在经过桥墩等结构物时发生弯曲和散射。
对于大跨度预应力混凝土连续刚构桥而言,桥墩是主要受力构件,地震波的折射、绕射会使桥墩产生附加的力和弯矩,对桥梁的整体稳定性和承载能力产生影响。
因此,在地震设计中需要根据桥梁的特点和土壤的性质,合理考虑行波效应对桥墩的影响。
最后,行波效应还会引起结构体系的非线性行为。
由于地震波的波速变化和能量耗散作用,结构体系会发生非线性现象,如塑性铰的形成、弹塑性变形的出现等。
这些非线性行为会进一步影响桥梁的地震响应,降低其抗震性能。
因此,在大跨度预应力混凝土连续刚构桥的设计和施工中,需要进行详细的地震分析,充分考虑行波效应引起的结构非线性行为。
总之,行波效应对大跨度预应力混凝土连续刚构桥的地震响应具有重要影响。
在设计过程中,需要综合考虑行波效应引起的地震波衰减、波速变化、折射绕射和结构非线性行为等因素,合理选择结构型式、减震措施及材料等,以提高桥梁的地震抗力和减震能力。
大跨度斜拉桥在多点随机地震激励作用下的响应分析
大跨度斜拉桥在多点随机地震激励作用下的响应分析
张翠红;吕令毅
【期刊名称】《东南大学学报(自然科学版)》
【年(卷),期】2004(034)002
【摘要】以南京第二长江大桥南汊桥为例,采用随机振动分析方法研究了地震动的空间变化特性,包括行波效应、部分相干效应以及局部场地效应对大跨度斜拉桥地震响应的影响.研究结果表明:与一致地震激励相比,地震动的空间变化特性可以使斜拉桥的地震响应改变30%;同时考虑行波效应、部分相干效应时的地震响应接近于仅考虑行波效应时的地震响应;行波效应对斜拉桥地震响应的影响明显大于部分相干效应的影响;在加速度均方根相同的随机地震作用下,斜拉桥在软场地条件下的地震响应明显大于在硬场地条件下的响应,中等场地条件下的地震响应介于两者之间.【总页数】4页(P249-252)
【作者】张翠红;吕令毅
【作者单位】东南大学混凝土与预应力混凝土结构教育部重点实验室,南京,210096;东南大学混凝土与预应力混凝土结构教育部重点实验室,南京,210096
【正文语种】中文
【中图分类】U448.27
【相关文献】
1.大跨度斜拉桥多维多点随机地震激励响应分析 [J], 郑史雄;张金;贾宏宇;张克跃;康锐
2.大跨度斜拉桥多点激励作用下结构地震响应分析 [J], 何友娣;李龙安;阮怀圣
3.非一致地震激励下大跨度斜拉桥空间响应分析 [J], 邵长江;钱永久
4.大跨度斜拉桥在随机地震激励下的动力可靠性分析 [J], 武芳文;杨草芳;季正迪;谢礼立
5.大跨度钢管混凝土拱桥在多维多点地震激励作用下的平稳随机响应 [J], 赵灿晖;周志祥
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考虑行波效应的大跨度结构地震反应分析
引言
并与一致激励时 的计 算结果进 行 了比较。 通常情况下 , 土木 工程 的结构震 动分 析 中, 般假定 地 面 用下 的地震反应分析 , 在 一 震动是一致 的。这种假 定对 于结构 基础 尺寸远 小于 地基 的地震 1 基于多点激励结构的运动方程
波长的情况( 如通常的工业与 民用建筑) 是基本符合实际的。但 对于大跨度结构 , 多 点不 同步地 震激励 下 , 动方 程可 在 其运 2] _ 对于具有 较大( ) 长 基础 尺 寸的构筑 物 , 尤其 是地铁 车 站大型 、 桥 表 达 为 [4: 梁、 生命线 、 坝体等工程, 地震动的空问变化将可能对其产生非常
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23 使 用 复合螺旋 箍 筋或 井 字复合箍 筋 .
上, 消除了短柱并 具有 良好 的抗震性能 。
2 4 采 用钢 管混凝 土柱 .
要求 采取构造措施 即可 ; 为短柱 , 应 当尽量 提高短 柱 的承载 确 就 钢管混凝 土是套 箍混凝土 的一 种特 殊形 式 , 由混凝 土填入薄 力 , 小短柱的截面 尺寸 , 减 采取各种 有效措施 提高短柱 的延性 , 改
壁圆形钢管内而形成的组合结构材料。由于钢管内的混凝土受 善短柱 的抗震性能 。 到钢管的侧向约束 , 得混 凝 土处于 三向受 压状 态 , 使 从而使 混凝 3使用复合 螺旋 箍筋或井字 复合箍筋 , ) 采用分体柱 技术均可 土的抗压强度和极限压应变得到很大的提高, 混凝土特别是高强 有效地改善短柱 的抗震性 能 ; 采用钢骨混凝 土、 钢管混凝 土等新结 混凝土的延性得到显著改善。同时, 钢管既是纵筋 , 又是横向箍 构 , 可显著提高柱 的承载力 , 减小柱 截面尺寸 , 在结构 下部 出 避免 筋, 其管径与管壁厚度的比 值至少都在 9 o以下 , 这相当于配筋率 现短柱尤其是超短 柱。因此 , 层建筑抗 震设计 中应根 据工程 在高 至少都在 46 .%以上 , 远超过抗 震规范 【对钢 筋混凝 土柱所 的具体 隋况 , 这远 2 J 尽量采用上述新结构 、 新技术 , 来避免短柱脆性破坏 。
地震动相干效应
地震动相干效应地震是地球上常见的自然灾害,给人们带来了巨大的破坏和伤害。
当地震发生时,地表会遭受强烈的震动,这种地震动会向周围传播,并引发一系列与地震有关的现象和效应。
其中之一就是地震动相干效应。
地震动相干效应涉及到地震波传播过程中的相干特性。
简单来说,相干效应是指在地球内部传播的地震波中,不同频率的波动之间存在一定的相互关系。
这种相干性会在波传播过程中导致能量的重新分布和波形的变形,进而影响到地震动对建筑物、土壤和其他地质结构的作用。
地震动相干效应是地震工程中的一个重要问题,不仅对建筑物的抗震设计和结构分析起着重要的指导作用,也为地震预测和震源机制研究提供了有力的支持。
下面将从地震动的相干性、相干效应的影响以及相干效应的调查研究等方面展开论述。
一、地震动的相干性地震动的相干性是指地震波在传播过程中的波动特性在时间和空间上的相关性。
具体来说,地震动的相干性包括相位和振幅两个方面。
1. 相位:地震波的相位是指波形起伏变化的时间和空间分布规律。
当地震波到达某一点时,不同频率的波动相位可能存在相位差,即波峰和波谷的到达时间不同。
相位差的存在会导致地震波的波形变形,从而引起地震动相干效应。
2. 振幅:地震波的振幅是指波动的强度和能量大小。
在地震波传播过程中,振幅会发生衰减和增强,这与不同频率的波动在传播过程中的能量耗散和聚集有关。
振幅的变化也会影响到地震动的相干性,进而对结构的抗震性能造成影响。
二、相干效应的影响地震动相干效应对建筑物和土壤的震动响应产生重要影响。
具体表现在以下几个方面:1. 频率分布:地震动相干效应会导致不同频率的地震波在传播过程中相互干涉,使得地震动的频谱特性发生变化。
高频地震波的振动容易引起建筑物的共振,而低频地震波的振动对土壤的动力特性具有重要影响。
2. 地基响应:相干效应还会对土壤的动力特性产生影响。
地表地震动的振动会传递到地下,这就需要考虑地下不同层次的相互关系。
相干效应会使得地下不同层次的波动相互作用,影响到地基的响应特性。
大跨桥梁结构地震动空间效应的影响研究
大跨桥梁结构地震动空间效应的影响研究摘要:本文通过总结国内外对大跨桥梁结构地震动反应分析方法,分析了大跨桥梁的多点激励和行波效应问题,为同类桥梁设计提供参考。
关键词:地震动,空间效应,反应谱,动态时程分析;1、多点激励及行波效应地震反应分析方法考虑随时间和空间变化的地震动场多点激励时,大跨桥梁结构的地震反应分析方法可以分为两大类:一类是以地震地面运动为确定过程的确定性分析方法,主要包括反应谱法和动态时程分析法;一类是以地震地面运动为随机过程的概率性分析方法,主要是指随机振动法。
(1)反应谱法反应谱法使用简便,工程应用广泛,是当前各国规范首推的抗震设计方法。
反应谱法是基于一致地震激励下单质点系统的线弹性分析而建立的。
由于大跨桥梁较强的空间耦合效应以及目前长周期反应谱方面存在的问题,加上地震地面运动的时空变化特征难以模拟等因素,反应谱法有时会产生很大的误差。
如何改进现有的反应谱法使其适用于多点激励下的大跨桥梁地震反应分析,许多学者基于随机理论提出了改进的反应谱方法,如Yamamura和Tanaka的分组法、Berrah和Kausel的修正系数法DerKiureghian和Neuenhofer的MSRS法、Heredia-Zavoni和Vammarake的组合法等。
刘洪兵、朱唏提出了一种简化的基于单个模态振子振动特性的多支承激励反应法,并对芜湖长江大桥主航道斜拉桥在多支承地震激励下的地震响应进行了研究。
王淑波博士也基于虚拟激励原理提出了HOC系列反应谱组合方法来考虑一致激励、行波输入以及任意相干激励等多种地震输入情况,并认为该系列方法能近似考虑结构的非平稳振动效应。
(2)动态时程分析法动态时程分析法主要依据确定的地震加速度时程求出结构的反应,是公认的精细分析方法。
该方法在计算上能很好地解决多点输入问题,可以近似考虑基础.土—结构相互作用、非线性、非比例阻尼等问题,可以分析结构在地震作用下弹性和非弹性阶段的内力变化以及构件逐步开裂、损坏的全过程。
大跨度拱桥随机地震响应分析
大跨度拱桥随机地震响应分析禹奇才;刘爱荣;唐潘;程方杰【摘要】基于随机振动理论,研究了大跨度拱桥在不同的地震动空间条件下的平稳随机地震响应特征,分析了局部场地效应、部分相干效应和行波效应对大跨度拱桥地震响应的影响,揭示了地震动空间变化对大跨度拱桥随机地震响应的影响规律.阐明了局部场地效应对大跨度拱桥地震响应的影响与其构造特性、位置、边界条件等因素有关;考虑空间相干效应可减小大跨度拱桥的地震反应;地震内力响应随地震视波速的增大而减少.%Based on the theory of random vibration, the stationary random seismic response characteristics on long-span arch bridge under different condition of the spatical variable ground motions was investigated , and the influence of seismic response on long-span arch bridge under the local site effect, part of coherent effect and traveling wave effect was analysed, then the influence of the spatical variable ground motions on the long-span arch bridge random seismic response was demonstrated. It is showed that the influence of seismic response on long-span arch bridge is relative with its structure characteristics, position, boundary conditions; Considering the part of coherent effect, the seismic response increases insignificantly, while the seismic response of long-span arch bridge show an increasing trend with the seismic shear wave velocities increasing.【期刊名称】《中山大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2011(050)004【总页数】5页(P32-36)【关键词】大跨度拱桥;随机地震响应;局部场地效应;部分相干效应;行波效应【作者】禹奇才;刘爱荣;唐潘;程方杰【作者单位】广州大学土木工程学院,广东广州510006;广州大学土木工程学院,广东广州510006;广州大学土木工程学院,广东广州510006;广州大学土木工程学院,广东广州510006【正文语种】中文【中图分类】U445.7;TU375大跨度拱桥以其跨越能力强、造型美观、经济适用得到了广泛应用,在交通运输和国民经济发展中占有重要地位,研究大跨度拱桥地震响应特征是很有必要的[1]。
长周期随机地震作用下大跨斜拉桥局部场地效应分析
长周期随机地震作用下大跨斜拉桥局部场地效应分析张婷【摘要】为了考察长周期随机地震作用下局部场地效应对大跨斜拉桥结构响应的影响,借助ANSYS有限元软件,建立了某大跨斜拉桥三维模型,采用改进虚拟激励法,对其进行了考虑局部场地效应的非一致地震响应分析,并与一致激励作对比.结果表明:长周期地震动下局部场地效应对结构内力及位移存在一定的影响,其影响程度及规律随着所处部位的不同而有所区别.【期刊名称】《佳木斯大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2017(035)004【总页数】4页(P544-547)【关键词】长周期地震动;改进虚拟激励法;斜拉桥;局部场地效应;数值对比分析【作者】张婷【作者单位】上海同豪土木工程咨询有限公司,上海 200092【正文语种】中文【中图分类】TU311.3;TU997具有长周期性质例如大跨桥梁、大型储油罐以及体育场馆等建(构)筑物,对地震动长周期成分较为敏感且不容忽视。
目前已有不少长周期地震动作用下长周期结构破损、甚至倒塌的事例发生[1];例如墨西哥地震(1985年)、美国洛马普雷塔地震(1989年)、日本阪神地震(1995年)、我国汶川地震(2008年)等。
如上震害表明,长周期地震动作用下大跨桥梁结构的抗震性能研究需备受关注。
目前,对大跨桥梁结构地震反应的研究不少,主要涉及的范围是基于普通地震动作用下的。
武芳文等[2]以苏通大桥为研究对象,采用ANSYS软件建立空间有限元模型,对该桥进行了多个方向激励下的地震响应对比分析;Wang等[3]对4座连续梁桥,进行了多种工况(桥墩高度、激励方向和视波速的不同)下的弹塑性行波效应研究;楼梦麟等[4]以某大跨公路拱桥为例,通过数值计算讨论了水平地震波激励下考虑行波效应对拱桥响应的影响,并提出简化的计算方法。
文献[5]基于大量强震记录,选用Clough-Penzien模型,采用最小二乘法拟合求取的长周期地震动功率谱密度函数为输入(此处的长周期并非是从地震学角度,而是指从工程角度上的长周期振动[6]),并借助ANSYS有限元软件,建立某大跨斜拉桥三维模型,采用改进虚拟激励法,对其进行了考虑局部场地效应的非一致地震响应分析,并与一致激励作对比。
地震动相干效应
地震动相干效应地震是地球上常见的自然灾害之一,它在瞬间能够给人们带来巨大的破坏与伤害。
而地震动相干效应是地震中的一个重要现象,它不仅对地震灾害的扩散和影响起到决定性的作用,还与建筑物的抗震设计密切相关。
因此,深入了解地震动相干效应的机理和影响因素,对于提高地震灾害防范和抗震设计水平具有重要意义。
地震动相干效应指的是地震波在传播过程中,当传播路径上存在某种变化时,会出现波场干涉的现象。
这种干涉现象会导致地震波在某些区域出现增强或减弱的情况,从而对建筑物、地下结构和土壤产生不同程度的影响。
地震动相干效应的产生与地震波的频率、传播路径的变化以及地下介质的非均匀性有关。
地震动相干效应与地震波的频率密切相关。
地震波的频率越高,其相干效应越明显。
这是因为高频地震波在传播过程中受到的衰减相对较小,能够在较远的地方保持一定的能量。
而低频地震波由于衰减较大,传播距离较短,因此其相干效应相对较弱。
这一点在地震监测和抗震设计中需要特别注意。
地震动相干效应还与传播路径的变化密切相关。
当地震波传播路径上存在多种地下结构或介质的变化时,会引起地震波的反射、折射和散射,从而导致相干效应的产生。
例如,当地震波从固体地壳传播到水体中时,会发生反射和折射,导致水中的地震波增强。
当地震波从软弱土层传播到坚硬岩石中时,也会发生反射和折射,导致岩石中的地震波增强。
这些相干效应的存在对于建筑物的抗震设计和土壤的工程处理具有重要的指导意义。
地震动相干效应还与地下介质的非均匀性密切相关。
地下介质的非均匀性是指地下结构和土壤的物理性质在空间上存在差异。
这种差异会导致地震波在传播过程中发生散射和衍射,从而产生相干效应。
例如,当地震波传播到土壤中存在多个不同固有频率的层状介质时,会发生地震波的频散和多径传播,导致地震动相干效应的产生。
这对于地震监测和抗震设计来说,是一个重要的考虑因素。
地震动相干效应是地震中的一个重要现象,它与地震波的频率、传播路径的变化以及地下介质的非均匀性密切相关。
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S0
(1)
式中: S0 为谱强度因子;ζ g 、ωg 分别为地基土的
阻尼比和卓越频率;ζ f 、 ω f 两参数的配合可模拟
地震动低频能量的变化。
在式(1)一维模型的基础上,考虑三维地震各分 量间的互相关性,可得到三维平稳地震动功率谱
矩阵:
So
(ω )
=
⎡ ⎢
S
xx
⎢ S yx
(ω ) (ω)
Sxy (ω) S yy (ω)
1 随机地震虚拟激励构造算法的改进
选用 Clough 和 Penzien 建议的修正过滤白噪声 模型[2],其给出的地面加速度功率谱密度函数为:
S x (ω )
=
(ωg2
ω
4 g
+
4ζ
g2ωg2ω 2
− ω 2 )2 + 4ζ g2ωg2ω 2
×
ω4
(ω
2 f
− ω 2 )2
+
4ζ
2f ω 2f ω 2
method; multi-dimensional earthquake; multi-support excitation
大跨度空间结构具有跨度大、空间性强的特 点,在进行地震响应分析时,传统的一致地震动输 入方法过于粗糙,因为结构支座各点所受到的地震 波激励是经过不同路径、不同地形地质条件而到达 的,必然存在差异,这种差异包括行波效应、部分 相干效应、波的衰减效应和局部场地效应等[1],其 中部分相干效应是由地震波在传播过程中多次地 反射、折射及散射等原因引起的[2]。由于对部分相 干性的研究还不够成熟,不同的研究者提出的相干 函数模型也各自不同[3―7],因此对考虑部分相干效 应的结构地震响应分析还不多。文献[8]对一座大跨 度桥梁结构进行了考虑部分相干效应的随机地震 响应的分析,讨论了采用两个不同相干性模型时结 构不同部分地震响应的变化。文献[9]采用不同的部 分相干效应模型计算了拱坝的随机地震响应,计算 结果表明地震动的部分相干效应对拱坝的动力响 应有显著影响。文献[10]分析了部分相干效应对一 大型体育场馆的控制杆件内力响应的影响。上述研 究一方面均采用了地面一维部分相干效应模型,没 有考虑部分相干效应受垂直于地震波传播方向上 距离的影响,而对于地面两个正交方向跨度都较大 的大跨度空间结构来说,采用二维的部分相干效应 模型应该更准确;另一方面,仅针对具体结构分析 考虑部分相干效应前后结构地震响应的变化,均未 研究部分相干效应对结构地震响应影响的一般规 律和作用机理。
(E-mail: dingyang@); 张笈玮(1979―),男,河北省人,博士生,从事大跨度空间结构抗震分析研究(E-mail: mshs_163@ ); 李忠献(1961―),男,安徽省人,长江学者特聘教授,博士,博导,从事工程结构抗震抗爆、减灾控制与健康监测研究 (E-mail: zxli@).
第 i 点 a 方向和第 j 点 b 方向之间的互谱密度,可 按下式计算[11,13]:
Sijab (ω) =| ρij (ω, dij ) | exp[iθij (ω)]Sˆijab (ω) (5)
第 26 卷第 3 期 Vol.26 No.3
工程力学
2009 年 3 月 Mar. 2009
ENGINEERING MECHANICS
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文章编号:1000-4750(2009)03-0086-07
部分相干效应对大跨度空间结构 随机地震响应的影响
*丁 阳,张笈玮,李忠献
(天津大学建筑工程学院,天津 300072)
摘 要:详细研究了部分相干效应对大跨度空间结构随机地震响应的影响,进一步完善大跨度空间结构随机地震 响应分析理论。改进了考虑部分相干效应的多点多维随机地震动虚拟激励的构造算法;研究部分相干性矩阵的特 点,提出了减少考虑部分相干效应的结构多点多维随机地震响应分析计算量的方法;对比完全相干、部分相干和 完全不相干情况的相干性矩阵,分析了部分相干效应对结构随机地震响应的影响规律;数值模拟了某体育馆大型 网壳结构在不同相干情况下的随机地震响应。研究表明:在大跨度空间结构的随机地震反应分析中,考虑地震动 的部分相干效应后,结构支撑点附近、以拟静力响应为主的部分杆件的随机地震响应会明显增大,而远离支撑点 处、以拟动力响应为主的部分杆件的随机地震响应会稍有减小。由此得出结论,在对大跨度空间结构进行随机地 震反应分析时,必须考虑地震动的部分相干效应,尤其是以拟静力响应为主的部分杆件对结构抗震设计起控制作 用的情况;该文所提出的对地震动虚拟激励构造算法的改进,能够大幅度地减少大跨度空间结构随机地震响应分 析的计算量。 关键词:大跨度空间结构;随机地震响应;部分相干效应;虚拟激励法;多维地震;多点输入 中图分类号:TU311.3 文献标识码:A
工程力学
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who behave mainly pseudo-statically, their responses are augmented significantly with the partial coherence effect considered. But for the other members far from the ground supports, who behave mainly pseudo-dynamically, their responses are weakened. Therefore, for the long-span spatial structures, the partial coherence effect of the earthquake must be considered in the random seismic response analysis, especially when those members behaving pseudo-statically govern the seismic design of the structures. The proposed techniques about the formation algorithm of the pseudo excitation of earthquake may increase the computation efficiency for the random seismic analysis of the long-span spatial structures. Key words: long-span spatial structure; random seismic response; partial coherence effect; pseudo excitation
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收稿日期:2007-10-31;修改日期:2007-12-26 基金项目:国家杰出青年科学基金(50425824);国家自然科学基金项目(50578109);国家自然科学基金重大研究计划重点项目(90715034);教育部
新世纪优秀人才支持计划项目(NCET-06-0229) 作者简介:*丁 阳(1966―),女,辽宁省人,教授,博士,博导,教育部新世纪优秀人才,从事钢结构与空间结构设计理论及工程应用研究
Abstract: The influence of partial coherence on random seismic responses of long-span spatial structures is studied. The formation algorithm for the pseudo excitation of the multi-support and multidimensional random earthquake considering the partial coherence effect is improved. The property of the partial coherence matrix is investigated, and an algorithm to increase the computation efficiency for the random seismic analysis considering the partial coherence effect is proposed. The coherence matrices in the cases of coherence, partial coherence and incoherence are compared, and the influence of the partial coherence on the random seismic responses of structures is analyzed. The random seismic responses of a large reticulated shell structure of a gymnasium are numerically simulated for different coherence cases. It is found that, for some members near the ground supports,
S S
xz yz
(ω (ω
)⎤ )⎥⎥
(2)
⎢⎣ Szx (ω) Szy (ω) Szz (ω)⎥⎦
式中:下标 x、下标 y 代表两个水平方向的分量;
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下标 z 代表竖向分量;矩阵中各元素按文献[12] 计算。
根据上面的单点三维地震动随机模型,考虑地
震动随机场自身特性的空间分布以及随机场的空
目前,虚拟激励法已成为大跨度空间结构多点 多维随机地震响应的最快捷高效的计算方法[10―12]。 在考虑部分相干效应时,由于表征空间相干性的矩 阵的秩不再是 1,对于每个频率点,多点多维地震 动功率谱矩阵会构造出多个虚拟激励,而且对每个 虚拟激励都需要分别计算它们引起的虚拟响应结 果。因此,考虑部分相干效应会使计算量成倍增加,