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1.
《地震工程与工程振动》2021,41(2)
复阻尼模型具有每周期耗散能量与外激励频率无关的优点,但自由振动解中存在发散项。基于复阻尼模型的等效滞变阻尼模型不仅保留了相应的优点,且克服了时域发散的缺陷。本文在模态叠加法的基础上,提出了基于滞变阻尼模型的反应谱CQC法,并利用时域精确解验证了所提方法的正确性。在此基础上,以反应谱和相关系数为分析对象,对比了基于滞变阻尼模型的反应谱CQC法和基于黏性阻尼模型的反应谱CQC法。算例分析表明:小阻尼比情况下,两种方法的计算结果近似相等;大阻尼比情况下,两种方法计算所得的反应谱值和相关系数皆差异较大;大阻尼比结构需依据结构材料的阻尼特性,选择合适的反应谱CQC法。 相似文献
2.
依据对偶原则,频率相关黏性阻尼是复阻尼在实数域中的表达形式,可作为一种等效复阻尼,且具有稳定性和每一循环消耗能量与激励频率无关的优点。将地震波的卓越频率作为激励频率,结合短时傅里叶变换,提出了单一材料结构频率相关黏性阻尼的模态叠加法;对于不同材料阻尼特性混合结构的频率相关黏性阻尼,利用最小二乘法拟合Caughey阻尼矩阵,以近似模拟频率相关黏性阻尼矩阵,提出了Caughey阻尼理论模态叠加法,成果实现了单一材料和混合材料结构等效复阻尼运动方程的模态叠加法,为基于复阻尼理论的结构振型分解反应谱法提供理论依据。 相似文献
3.
一种时域复阻尼本构方程 总被引：3，自引：2，他引：1
为了将复阻尼理论应用于时步积分计算,本文根据文献［１］提供的建立时域复阻尼本构的思路,首先讨论了通过组合标准线性体构成与复阻尼理论在具有工程意义的频段内等效的时域本构方程的方法,即通过适当选取本构参数使滞回阻尼比和弹性模量与复阻尼理论相应值基本保持一致。然后,用一维波动数值模拟实例,对比了本文建议的本构方程、频域复阻尼理论及粘性阻尼本构对计算结果的影响,论证了本文建议的本构方程应用于地震工程的可行 相似文献
4.
复阻尼模型的时域运动方程通解中包含有发散项,导致传统的逐步积分法计算结果不能稳定收敛。为克服该缺点,引入地震加速度在时间步长内是线性变化的假定,利用复化对偶原则,提出了复阻尼模型的时域数值计算方法,可在时间步长内剔除发散项,保证了时域计算结果的稳定收敛。在此基础上,结合模态叠加法,进一步提出了多自由度体系的时域数值方法。算例分析表明:复阻尼模型的时域数值计算结果与谐波作用下时域解析算法、地震动作用下频域法的计算结果近似相等,证明了方法的正确性;对于钢筋混凝土框架结构,复阻尼模型的时域计算结果与黏性阻尼模型近似相等。 相似文献
5.
近些年来提出的数值方法虽克服了应用复阻尼模型求解动力响应时可能出现的发散现象,但其计算过程繁杂且不能表达出结构动力特性及响应随结构参数的变化规律。论文参照三对角Toeplitz矩阵特征值问题的数学解法,推导出水平剪切型结构各阶自振频率、振型函数的解析形式。通过对运动方程进行Fourier变换,得到复阻尼理论下结构的传递函数解析式,直观地表达出结构动力特性及响应随结构参数的变化规律。最后通过算例对比分析,结果表明:提出的复阻尼模型的解析计算方法克服了时域发散问题,并与时域数值计算方法的位移响应时程对比发现,两种方法得到的时程曲线吻合程度较高,位移峰值也基本一致。同时,对比两种方法在底层刚度变化时的动力响应,解析方法的计算曲线更光滑,避免了数值方法的离散误差问题。 相似文献
6.
结构阻尼与材料阻尼的关系 总被引：4，自引：1，他引：4
针对固体材料在弹性阶段的内阻尼,采用材料粘弹性本构关系,通过有限单元法建立了考虑剪切变形影响的杆单元阻尼矩阵,得到了材料拉压粘滞系数和剪切粘滞系数之间的关系。我们可以通过实验测试材料的损耗因子或粘滞阻尼系数(材料阻尼),像结构质量矩阵、刚度矩阵一样通过比较确切的计算得到弹性阶段结构内阻尼的阻尼矩阵(结构阻尼),而且此阻尼矩阵既基于材料阻尼实验测试,又便于数学处理,且物理意义明确。其次,本文分析了材料阻尼对结构阻尼比影响,得到了材料损耗因子与结构模态阻尼比间的关系,并通过10层钢筋混凝土剪切型框架结构进一步给出了具体的数值结果。 相似文献
7.
复阻尼多自由度系统动力分析的模态叠加法 总被引：3，自引：0，他引：3
工程实际中,复阻尼多自由度系统的瞬态响应过去一直是通过频域方法求解的。频域方法的一个突出问题是求传递函数矩阵的计算工作量过大。本文给出一种有效而实用的时域解法———实模态叠加法,此外还介绍了复模态叠加法。实模态叠加法是基于一个事实,即n维复向量空间中的复向量可以在n维实向量空间中的一组线性无关的实向量构成的基下表出;另外,就此方法还讨论了复阻尼多自由度系统初始运动条件的给出和转换问题。复模态叠加法则是通过变量替换的方法,变其中的复特征值问题为形式上的一个实特征值问题来解决的。 相似文献
8.
本文讨论了利用黏性阻尼和复阻尼模型求解结构动力响应的方法;按相同的阻尼比,分别采用复阻尼模型和黏性阻尼模型计算了两个框架结构在不同地震波作用下的响应,并将结果进行对比,分析了两种不同的阻尼模型对结构动力响应的影响。结果表明,采用不同类型的阻尼对结构响应影响很大。 相似文献
9.
针对"房桥合一"高速铁路客站质量、刚度分布严重不均匀、不同阻尼比构件繁多等特点,对其模态特征和用于时程法阻尼模型的确定进行了研究。通过位能加权激励原理和位能公式的阐述、天津西站II区的模态分析与振型分解时程法的应用,并以此为标准进行了5种不同瑞利阻尼比例系数时程法的响应比较。结果表明:位能加权法激励为各模态的振型响应,求得阻尼为振型阻尼,结构模态质量累计数突变发生在第9阶,选择第1,9阶振型确定的瑞利阻尼比例系数较合理。振型分解时程法的振型阻尼可基于振型响应的位能加权法确定,直接时程法的瑞利阻尼宜选择第1阶与模态质量累计数发生突变的振型来确定,可供结构设计与分析参考。 相似文献
10.
深厚覆盖土层地震响应时域分析中阻尼矩阵形式的选取十分重要。本文基于滞后阻尼比和振型阻尼比构造了6种不同的比例阻尼矩阵形式,研究其对深覆盖土层地震响应的影响。以上海某一实际深厚覆盖土层为算例,分别以人工合成基岩地震波、汶川地震时上海佘山记录的基岩地震波为输入,得到6种阻尼矩阵形式下不同深度处的土层地震响应,并以频域解为基准解进行比较。研究结果表明,阻尼矩阵形式对加速度结果的影响程度比位移结果要大,运用同一种阻尼矩阵形式所得结果误差和输入地震波频谱特性有关。地震波自身的频谱特征对阻尼矩阵形式的选取有一定影响,建议综合考虑地震波的频谱特征和场地土层特性来构建合适的阻尼矩阵以获得合理的结果。 相似文献
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Modeling viscous damping in nonlinear response history analysis of buildings for earthquake excitation 
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下载免费PDF全文 The Rayleigh damping model, which is pervasive in nonlinear response history analysis (RHA) of buildings, is shown to develop ‘spurious’ damping forces and lead to inaccurate response results. We prove that a viscous damping matrix constructed by superposition of modal damping matrices—irrespective of the number of modes included or values assigned to modal damping ratios—completely eliminates the ‘spurious’ damping forces. This is the damping model recommended for nonlinear RHA. Replacing the stiffness‐proportional part of Rayleigh damping by the tangent stiffness matrix is shown to improve response results. However, this model is not recommended because it lacks a physical basis and has conceptual implications that are troubling: hysteresis in damping force–velocity relationship and negative damping at large displacements. Furthermore, the model conflicts with the constant‐damping model that has been the basis for fundamental concepts and accumulated experience about the inelastic response of structures. With a distributed plasticity model, the structural response is not sensitive to the damping model; even the Rayleigh damping model leads to acceptable results. This perspective on damping provides yet another reason to employ the superior distributed plasticity models in nonlinear RHA. OpenSees software has been extended to include a damping matrix defined as the superposition of modal damping matrices. Although this model leads to a full populated damping matrix, the additional computational demands are demonstrated to be minimal. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd. 相似文献
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Initial versus tangent stiffness‐based Rayleigh damping in inelastic time history seismic analyses 下载免费PDF全文
下载免费PDF全文 In the inelastic time history analyses of structures in seismic motion, part of the seismic energy that is imparted to the structure is absorbed by the inelastic structural model, and Rayleigh damping is commonly used in practice as an additional energy dissipation source. It has been acknowledged that Rayleigh damping models lack physical consistency and that, in turn, it must be carefully used to avoid encountering unintended consequences as the appearance of artificial damping. There are concerns raised by the mass proportional part of Rayleigh damping, but they are not considered in this paper. As far as the stiffness proportional part of Rayleigh damping is concerned, either the initial structural stiffness or the updated tangent stiffness can be used. The objective of this paper is to provide a comprehensive comparison of these two types of Rayleigh damping models so that a practitioner (i) can objectively choose the type of Rayleigh damping model that best fits her/his needs and (ii) is provided with useful analytical tools to design Rayleigh damping model with good control on the damping ratios throughout inelastic analysis. To that end, a review of the literature dedicated to Rayleigh damping within these last two decades is first presented; then, practical tools to control the modal damping ratios throughout the time history analysis are developed; a simple example is finally used to illustrate the differences resulting from the use of either initial or tangent stiffness‐based Rayleigh damping model. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd. 相似文献
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在地震荷载作用下,自由场地会产生土体侧向变形和地表响应放大现象。由于土体的高度非线性,计算自由场地地震响应时,不同的阻尼比及剪切模量取值是造成其计算结果与试验结果相差较大的原因之一。目前动力计算常采用瑞利阻尼方法,其系数取值会在一定程度上影响计算结果。选用两模态简化瑞利阻尼系数计算方法,分析土体阻尼比及控制频率的取值对计算结果的影响,对比离心机模型试验,利用开源有限元平台OpenSees,采用适合于土体动力分析的多屈服面本构模型(PDMY),建立剪切梁模型模拟三维自由场地,并分析瑞利阻尼参数对自由场地地震响应和侧向变形计算结果的影响。结果表明,针对相对密度为60%的Nevada干砂,阻尼比为4%、控制频率比为5时,场地响应计算结果与试验结果较为符合。综合分析显示场地非线性响应时域计算时,应特别注意选用的瑞利阻尼参数值。 相似文献
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The paper presents a detailed reexamination of the effects of three damping models on the inelastic seismic response of structures with massless degrees of freedom. The models considered correspond to (a) Rayleigh damping based on current properties (tangent stiffness), (b) Rayleigh damping based on initial properties, and (c) modal damping. The results suggest that some nonzero damping forces/moments at massless DOFs obtained in multistory frames for the case of Rayleigh damping with tangent stiffness may be numerical artifacts rather than a deficiency of the damping model. The results also indicate that significant artificial numerical oscillations in the velocities of the secondary components of MDOF structures are introduced when modal damping or mass-proportional damping is used. 相似文献
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针对大型岸桥地震响应分析中不同的瑞利阻尼系数会导致计算结果存在较大偏差，基于相似模型试验数据与仿真计算结果的对比分析，并综合考虑岸桥边界约束等因素，借鉴工程中常用的瑞利阻尼系数计算方法改进了岸桥结构的阻尼系数计算方法及频率选取方式。利用仿真方法和振动台模型地震试验对比分析不同瑞利阻尼系数下岸桥结构的动力响应，结果表明：瑞利阻尼系数计算方法和频率选取对岸桥结构地震响应的影响随着地震加强而提高，当加速度峰值为0.4g、0.62g，现有的阻尼系数计算方法得到的仿真结果与试验值之间的平均误差超过20%，而采用改进后的阻尼系数计算方法，岸桥地震仿真结果与试验值误差都在10%以内。 相似文献
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介绍场地时域分析基本理论和几种常见的阻尼矩阵确定方法,并基于有限差分方法,采用实际地震记录,考虑输入地震动强度和频谱特性,分别选择5种不同的瑞利阻尼矩阵形式,比较分析其对深厚场地时域动力反应的影响。结果表明:不同阻尼矩阵对加速度和反应谱均有影响,影响程度和输入地震动的频谱特性有关;当土层基频接近输入地震动卓越频率时,只根据土层基频确定阻尼矩阵是可行的,但当输入地震动卓越频率高于或远高于土层基频时,该方法会严重低估地表加速度峰值和反应谱谱值,时域分析中阻尼的确定应综合考虑土层特性和地震动频谱特性。 相似文献
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钢结构与混凝土结构阻尼比不同,混凝土房屋与其顶上钢塔组成了非比例阻尼结构系统。本文用非经典振型分解法求解该类结构系统的线弹性地震响应,发现只用前几阶振型响应迭加的结果即可逼近直接积分法的精确度。 相似文献
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针对现有附加有效阻尼比计算方法存在的问题,本文从能量的角度揭示了阻尼比对结构影响的机理。从结构设计的角度,提出一种在时程分析下基于楼层剪力的消能减震结构等效阻尼比计算方法。对布置黏滞阻尼器和软钢阻尼器的消能减震模型,采用本文提出的等效阻尼比计算方法,建立等效结构进行结构响应对比。结果表明,由该计算方法得到的等效阻尼比能够准确地评估阻尼器在结构中的耗能效果,建立的等效结构能够准确反映消能减震结构实际情况。基于楼层剪力的等效阻尼比计算方法通过等效结构楼层剪力大于或等于消能减震结构楼层剪力判断迭代完成,该方法计算过程不涉及阻尼器参数及结构形式,适用于所有阻尼器类型与结构类型。计算得到的等效结构进行设计能够确保结构设计的安全。 相似文献