多点地震输入论文（精选4篇）
多点地震输入论文 篇1
摘要：研究了两种不同形式的筒壳模型参数及模型振动特性, 通过纵波与横波作用下地震反应分析, 说明地震波对长筒壳结构有明显影响, 指出对长筒壳结构进行多点地震输入分析是非常必要的。
关键词：长筒壳,多点输入,抗震分析,模型
0 引言
地震波输入时, 产生了相位差, 使得计算得不到合理的结果。所以多点输入地震波的特性可以得到应用, 能够合理地分析结构的特性。
本文分别应用多点输入与一致输入的方法, 来比较两种方法对大跨度筒壳的动力影响, 进而比较了三个方向单独作用下的动力影响。
1 分析方法
对于桥梁, 应用多点输入地震反应, 主要的方法是时程分析法、工程实用反应谱和随即振动分析法, 在这几种方法中以时程分析法最为常用。本文采用了纽马克-β (Newmark-β) 方法。
纽马克-β (Newmark-β) 法主要是对于用泰勒级数展开的{u}i+1和表达式引入γ, β两个参数, 一般取γ=1/2, β=1/8~1/4即可获得稳定解。本文取γ=1/2, β=1/4。
在施加地震响应加速度时, 本文采用大质量法。支座处节点在地震波输入方向释放约束。把适当的力作用在质量单元, 使地基节点产生适合的加速度。通过该方法可以得到模型的真实响应位移。
2 模型分析
2.1 模型参数及模型振动特性
本文计算模型为大跨度长筒壳网壳结构, 正放四角锥网格形式, 节点选用焊接球节点。平面尺寸为120 m×80 m, 厚度为3 m, 矢高为32.7 m两长边每点支撑, 采用固定铰支座 (模型一) 和弹性支座 (模型二) , 提取节点中6, 7节点为边跨点, 单元6, 7为边跨支座处单元。通过对模型模态分析, 选取前10阶振型, 相对应的自振频率见表1。选结构阻尼比为0.02。对纽马克-β (Newark-β) 法进行时间积分, 当时间步长选取为20倍结构最高频率时, 能够产生比较合理的精度解。所以将时间步长⊿t取成频率f对应周期T的1/20, 即⊿t=1/ (20f) 。
地震波在坚硬岩石中波速范围为2 000 m/s~2 500 m/s, 在中软土土层中波速范围为50 m/s~250 m/s, 差异较大。考虑到传播速度的多种可能性, 选取地震波波速200 m/s~2 000 m/s。计算时选用的地震波为EI Centro波。
2.2 计算结果及其分析
2.2.1 纵波作用下地震反应分析
根据图1, 图2, 考虑多点输入方法时, 所选取节点的幅值并不是都大于一致输入计算结果幅值, 会有个别的节点位移略小。由边跨向中跨变化规律明显, 逐渐增大, 而且多点输入并不是使所有节点的位移都加大, 有些节点位移值变小。在多点与一致输入下, 边点的位移变化不是很大, 即多点的影响对边节点不是很大。采用弹性支座的模型二的位移无论从幅值和比值上都要小于模型一, 可见弹性支座很好的减弱了地震波的影响, 对于工程减震具有实际意义。
根据图3, 图4, 考虑多点输入方法时, 所选取节点的加速度幅值都大于一致输入计算结果幅值。中跨节点幅值相差不大。采用多点输入方法时, 选取的节点加速度值都变大, 但加大的幅度也不尽相同。模型一、二在两边节点的加速度值相差不是很多, 模型二提取的节点加速度值变化很平缓, 说明地震波对采用了弹性支座的模型加速度值影响不是很大。弹性支座起到了减震的作用。
2.2.2 横波作用下地震反应分析
根据图5, 图6, 考虑多点输入方法时, 选取的节点幅值均大于一致输入时的值。根据幅值变化规律, 采用一致输入方法时, 选取的节点幅值沿纵轴具有一定的对称性, 边跨节点的幅值最小, 并向中间跨递增;采用多点输入方法时, 幅值变化规律不是很明显。在横波作用下, 采用多点输入方法对所有选取的节点的位移都增大, 但增大的程度不尽相同, 其中模型端部节点增大的倍数较大, 中部节点增大的倍数较小。尤其对于采用弹性支座的模型, 不仅节点幅值较小, 变化幅度也很小, 没有明显差别。这说明弹性支座起到了很好的减震作用。
根据图7, 图8, 采用多点输入方法时, 选取的节点幅值均大于采用一致输入方法时的幅值。根据幅值变化规律, 采用一致输入方法时, 选取的节点加速度幅值沿纵轴具有一定的对称性, 中跨节点的幅值最大, 并向两端递减;采用多点输入方法时, 选取的节点加速度的幅值变化不是很大, 规律不太明显。在横波作用下采用多点输入, 所有节点的加速度并不是都变大, 模型端部节点的加速度增大较多, 中部节点的加速度增加较少。采用了弹性支座模型二的幅值都较小, 在地震波作用下变化不是很明显, 而且多点输入影响也不是很大。
3 结语
建立筒壳模型, 模态分析得到前10阶振型, 输入纵波和横波作用, 计算完成后, 提取了所选节点的横竖向位移、横竖向加速度。归纳出以下结论:
1) 通过幅值对比, 多点输入所得计算结果, 位移和加速度的幅值基本都大于一致输入所得结果, 所以, 针对大跨度空间网架, 应考虑多点输入方法所得结果。
2) 当模型采用不同的跨度时, 对比两种方法的计算结果, 跨度较大的模型, 得到的放大系数较大。根据模型计算所得的结果, 在对其进行动力反应分析时, 应同时考虑地震激励多点输入和一致输入所得结果。
3) 在输入较低速度的地震波时, 模型纵向和横向的位移、加速度值都大于地震波传播速度很大时模型的幅值。
4) 选用弹性支座的模型无论是位移, 加速度都小于选用固定支座的模型, 这表明对于选用了弹性支座的结构, 多点输入对其影响较小。但是, 采用弹性支座的模型其挠度较大, 在周边的单元受力较大。
5) 本文仅仅考虑了各个支座处地震波相位差的作用, 对于其他情况造成地震波变化, 进而对大跨度长筒壳的位移及加速度等产生的影响, 还需深入研究。
参考文献
[1]刘天云, 刘光廷, 薛颖.地震多点激励结构随机分析方法[J].世界地震工程, 2001, 17 (4) :88-92.
[2]冯领香.渡槽结构多点地震输入的抗震分析[D].保定:河北农业大学, 2003.
[3]董宏昌.中小跨径桥梁抗震计算[J].山西建筑, 2014, 40 (11) :164-165.
[4]史志利.大跨度桥梁结构有限元抗震分析的多点输入法[J].城市道桥与防洪, 2002 (3) :21-22.
多点地震输入论文 篇2
横河电机发布的YTMX580温度变送器基于现场无线理念, 可以为用户提供安全的无线仪表系统, 大大减少了高密度温度测量应用的实施成本。
每台YTMX580都可以连接8台温度传感器, 而且可以广泛接收热电偶、热电阻、电阻和4~20mA的输入信号。每个通道都可以单独配置输入信号的种类。使用三个以内的通道时, 向监控系统输出信号的周期仅有1秒钟;使用四个或更多的通道时, 信号输出周期也不过2秒钟。
YTMX580由内部电池供电, 可以保持常年正常工作状态。再加上支持ISA100.11a无线通信标准的特性, 使得这款变送器安装起来非常方便。值得一提的是, YTMX580使用了与横河电机ISA100.11a标准EJX-B系列差压/压力变送器和YTA510温度变送器相同的电池组。因此, 已经使用这些无线产品的用户在存货清单中仅记录这一种电池组即可。
分布是温度变送器的应用之一, 就是利用工厂反应釜、储罐或锅炉内部安装的温度传感器精确掌握内部温度分布。在过程自动化领域, 通常每个测量点都配备一台温度变送器。
多点地震输入论文 篇3
对于大跨度的空间结构, 支承点间距较大, 地面运动空间变化对结构的抗震性能的影响必然成为工程中急需解决的问题[1]。现行的抗震设计方法是对一般结构采用反应谱法求解地震作用, 而对一些重要的结构则需要选择几条典型的地震记录做为地震输入, 用数值方法求出结构的动力响应。反应谱方法把地震作用的计算与结构的固有频率结合起来, 计算方法简单快捷, 动力时程法更全面地考虑了结构的动力特性, 可以模拟结构在地震动时的响应, 同时也使得结构的弹塑性分析和非线性分析成为可能。然而以上的抗震分析方法并非与实际情况完全一致, 他们都假定了结构各支点具有相同的地震动输入。这个假定对于一般平面尺寸较小的房屋建筑物是可以接受的, 但是对于平面尺寸较大的结构物, 忽略地面运动的空间变化可能会给结构的动力分析带来较大误差。
1地震动空间效应
地震时地面运动是一个复杂的时间-空间过程[2], 以往的抗震设计研究往往把注意力集中在地震动的时变特性上, 而对地震动的空间变化特性考虑较少。地震时, 从震源释放的能量以地震波的形式传到地表面并引起地面震动, 对于平面尺寸较大的结构, 各支点的地震动是不相同的, 这一点已被许多强震观测记录所证实。地震动空间变化的产生原因有:①各支点的距离与地震波的波长在同一数量级, 地震波到达各支点的时间不同, 各支点间地震动产生了时间滞后 (相位差) ;②由于地球介质的不均匀性, 地震波在介质中的反射和折射, 使地震波在其传播方向的不同位置上叠加方式不同, 由此产生各支点处地震动的频散损失;③各支点的局部土层不同, 使由基岩到地表的地震波中各种频率成分的含量不同。
多点输入就是在地震动输入中考虑地震动的空间变化特性, 是一种更加合理的输入方式, 是抗震设计理论的一次阶段性跨跃, 也是地震工程学发展的必然趋势。
2多点输入动力方程
多点激励下结构的运动方程[3]的原理是把结构反应的总位移分为拟静态位移与动力相对位移之和。对于大跨结构, 在绝对坐标系下, 把结构内部节点和支承节点区别开来, 其运动方程可以用分块的形式表示为:
undefined
式中, Xs、undefined和undefined分别表示地震激励下桥梁结构非支座节点的位移、速度和加速度向量;Xb、undefined和undefined分别表示地震激励下桥梁各地面支座节点的强迫位移、速度和加速度向量;Fb表示地震动作用于网架结构各地面支座节点的力。
展开公式 (1) 第一行得到:
undefined
将结构支座节点位移Xs分解成解成拟静态位移Ys和动力相对位移Yd两部分, 即
式中, 拟静态位移Ys可以通过令 (1) 式中所有动力项为零求得如下:
Ys=-Kss-1KsbXb (4)
将式 (3) 代入式 (2) 得:
undefined
将式 (4) 代入式 (5) 得:
undefined
undefined
将式 (4) 代入式 (7) 可得:
undefined
式中, α=-Kss-1Ksb称为拟静模态矩阵;Msb为结构内部节点对地面支座节点的质量贡献:Ksb为结构内部节点对支座节点自由度的贡献。对于集中质量矩阵, 令Msb=0, 这样 (8) 式就变成了:
undefined (9)
这就是多点激励下结构地震反应的基本运动方程。把 (9) 式写成如下统一形式:
undefined
对于大跨度网架结构, 由于行波效应的影响[4], 结构各支座所受到的地震激励是不一样的。在利用时程分析法进行地震反应分析时, 把同一个地面运动加速度记录在不同地面支座节点处以一定的时间差输入, 作为式 (10) 右端undefined, 就可以考虑行波效应的影响。
3分析方法
当考虑地震动场随时间和空间变化的多点激励时[5], 结构的地震反应分析方法分为两大类:一类是以地震地面运动为确定过程的确定性分析方法, 主要包括时程分析法和反应谱法;另一类是以地震地面运动为随机过程的概率性分析方法, 指随机振动法。
时程分析法能精确考虑结构与基础之间的相互作用、地震的行波效应等因素, 还可考虑结构的物理和几何非线性、以及各种隔震装置非线性性质。由时程分析法可得到各质点随时间变化的位移、速度和加速度动力反应, 并进而可计算构件内力的时程变化过程。
地震动反应谱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。由于大跨结构较强的空间耦合效应以及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的误差很大。
随机振动法是建立在地面运动统计特征的基础上, 把具有统计性质的地震动作用到结构上, 然后求出结构体系随机反应的统计特性, 同时其计算的结果可直接确定各反应量的最大值及其概率分布。
4算例分析
运用有限元软件Midas对一大跨结构进行分析, 结构设计基准期为50年, 结构设计使用年限为100年。各种恒载、活载均按《建筑结构荷载规范》取值;地震按设防烈度8度, 场地特征周期为0.35 s;采用EI-Centro波, 地震时间间隔0.02 s, 持续时间为20 s。通过对一致地震动输入与多点地震动输入时大跨结构的动力响应分析比较, 可以看出, 在一致输入时, 大跨空间结构的表面应力集中在内部, 考虑多点输入时, 应力逐渐向周围支座处传播。在多点输入地震作用下, 受拟静力位移影响较大的区域均主要集中于支座附近, 拟静力位移影响从支座到跨中不断减弱。随着视波速的增大, 多点输入的影响减小。
5结论
本文通过对大跨结构进行一致输入和多点输入下的地震反应分析的结果对比, 可以得出对大跨空间结构进行抗震分析时, 有必要考虑多点输入时的动力响应情况作为设计指导;拟静力位移对大跨空间结构的影响不能忽略, 通过大量的有限元分析, 得到不同参数情况下动力响应情况, 可为工程设计提供参考依据, 同时也验证了能量法计算方法的有效性。在多点输入下结构杆件的绝对位移较一致输入时要小, 但局部杆件的内力值却可能较一致输入下要大, 即危险杆件的数量增加, 需要引起设计师的注意。
参考文献
[1]柯世堂, 张令心, 赵林.多点输入下大跨空间网格结构地震响应分析[J].山东理工大学学报:自然科学版, 2010, 24 (1) :1-5.
[2]沈顺高, 张微敬, 朱丹, 钱稼茹, 裴永忠.大跨度机库结构多点输入地震反应分析[J].土木工程学报, 2008, 41 (2) :17-21.
[3]白凤龙, 李宏男, 王国新.多点输入下大跨结构反应谱分析方法研究进展[J].地震工程与工程振动, 2008, 28 (4) :35-42.
[4]白学丽, 叶继红.大跨空间网格结构在多维多点输入下的简化计算方法[J].空间结构, 2008, 14 (2) :30-37.
多点激励下连续梁桥地震反应分析 篇4
当前对实际工程进行地震反应分析时, 地震动输入方法常常采用的是一致激励法, 但地震动以波的形式传播, 到达桥梁各支承点的时间不同。我国2008版《公路工程抗震细则》规定:当桥梁所处场地存在地址不连续或者地形、地貌特征有可能引起地震动分布明显不同且桥梁一联总长超过600m时应当考虑非一致地震动输入, 包含波传播效应、部分相干效应、衰减效应以及场地条件引起的局部场地效应。港珠澳大桥工程位于东南沿海地震带上, 陆地和海域约各占一半, 为我国东部的强地震带, 该地区强震重复率高[1]。据统计, 东南沿海地震带自1067年以来总计发生级地震117次, 其中Ms5~5.9级地震80次, Ms6~6.9级地震20次, Ms7~7.9级地震6次。因此, 该工程面临很大的强震威胁。本文已连续梁桥为例, 利用有限元软件Midas/civil进行多点激励时程分析, 对墩顶位移、墩底弯矩进行分析, 将多点激励与一致激励的结果进行对比分析。
2 数值模拟
2.1 基于相对运动法的地震反应分析
结构在多点地震动输入下的运动方程可由分块矩阵表示[2]:
式中:脚标s表示结构的非支撑点, b表示结构基底的各支撑点;M、C和K分别为结构的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵;和ub-t-分别为地震作用下结构各支撑点处的绝对加速度、绝对速度和绝对位移;和us分别为地震作用下结构非支撑节点的绝对加速度、绝对速度和绝对位移;pb为地震作用时结构所受到的约束支座反力。
将总的运动反应分为拟静力位移向量us和动力反应位移向量ud之和, 因此有:
式中:上标S和d分别表示结构的拟静力反应和动力反应;ubs为结构约束处的地震位移, 为了计算拟静力位移, 令所有时间导数项为零, 此时总位移仅由拟静力作用产生。因此可以得到:
展开式 (3) 第一行, 可得:
其中φc为拟静力矩阵, 表示约束自由度单位引起的结构内部自由度的静位移, 展开第二行, 可得:
将式 (2) 和式 (4) 代入式 (5) 中, 可得:
当阻尼与刚度成比例是, 由式 (4) 可知式 (6) 右边第二项为零;当阻尼力较弹性恢复力和惯性力较小时, 一般可以忽略, 因此, 式 (6) 课近似写为:
2.2 有限元模型建立
该工程为6跨双幅分离预应力混凝土刚构桥。主梁为等宽段钢箱梁, 采用的钢材为Q345, , 箱梁为单箱双室结构, 桥墩采用的混凝土为C50, 纵向钢筋为HRB335。
2.3 地震作用参数
根据国家地震局地壳应力研究所提供的《港珠澳大桥工程场地地震安全性评价专题研究报告》, 本地区地震基本烈度为Ⅶ度, 珠海、澳门地区设计基本地震加速度为0.10g, 设计地震分组为第一组。动力计算时地震动采用120a超越概率为2% (加速度峰值为0.20g) [3]的地震波为汶川茂县波、CHI-CHI波和Northridge波, 三条地震波的加速度时程及功率谱如图2、图3所示。
3 计算结果分析
利用Midas/civil的多支座激振功能可以在各支承点处输入不同的地震加速度时程[4]输入上述三条地震波得到该连续梁桥桥墩顶位移、墩底弯矩、墩底剪力, 并与一致激励结果进行对比, 如表1、表2、表3所示。
分析表1、表2和表3, 以一致激励为参考, 多点激励作用下各桥墩墩顶位移、墩底弯矩和剪力比一致激励要大。
4 结论
本文运用有限元软件Midas/civil以港珠澳大桥连续梁桥为背景建立有限元模型, 采用多支座激振对该桥梁进行了多点激励地震响应分析, 分析了多点激励作用下桥墩墩顶位移, 墩底弯矩和剪力, 主要结论为:
多点激励的地震作用要比一致激励地震作用的响应要大, 对于多跨连续梁桥需要考虑地震的非一致激励情况。
参考文献
[1]李蘅, 倪锦初, 杜泽金.港珠澳大桥隧道人工岛暗埋段基坑防渗方案研究[J].人民长江, 2011, 42 (16) :1-4.
[2]苏成, 陈海斌.多点激励下大跨度桥梁的地震反应[J].华南理工大学学报:自然科学版, 2008, 36 (11) :101-107.
[3]闫静茹, 路德春, 杜修力, 等.港珠澳大桥工程人工岛三维非线性地震反应分析[J].世界地震工程, 2016 (1) :161-168.