Effects of the improper modeling of viscous damping on the first-mode and higher-mode dominated responses of base-isolated buildings     

Hamidreza Anajafi  Ricardo A. Medina  Erin Santini-Bell 《地震工程与结构动力学》2020,49(1):51-73

In many finite element platforms, a classical global damping matrix based on the elastic stiffness of the system (including isolators) is usually developed as part of the solution to the equations of motion of base-isolated buildings. The conducted analytical and numerical investigations illustrate that this approach can lead to the introduction of unintended damping to the first and higher vibration modes and the spurious suppression of the respective structural responses. A similar shortcoming might be observed even when a nonclassical damping model (ie, an assembly of the superstructure and isolation system damping sub-matrices) is used. For example, the use of Rayleigh damping approach to develop the superstructure damping sub-matrix can lead to the undesired addition of damping to the isolated mode arising from the mass-proportional component of the superstructure damping. On the other hand, the improper use of nonclassical stiffness-proportional damping (eg, determining the proportional damping coefficient, β_k , based on the first mode) can result in assigning significant damping to the higher-modes and the unintended mitigation of the higher-mode responses. Results show that a nonclassical stiffness-proportional model in which β_k is determined based on the second modal period of a base-isolated building can reasonably specify the intended damping to the higher modes without imparting undesirable damping to the first mode. The nonclassical stiffness-proportional damping can be introduced to the numerical model through explicit viscous damper elements attached between adjacent floors. In structural analysis software such as SAP2000®, the desired nonclassical damping can be also modeled through specifying damping solely to the superstructure material.  相似文献   

基于高分辨率风场的海洋近惯性能通量计算——时空特征及其影响因素     

杨兵  侯一筠 《海洋与湖沼》2020,51(5):978-990

基于高分辨率CFSR(climate forecast system reanalysis)风场资料、气候态海洋混合层厚度资料和卫星高度计海面高度异常资料,本文估计了大气风场向全球海洋混合层的近惯性能通量和近惯性能量输入功率,并探究了混合层厚度、风场时间分辨率、经验衰减系数和中尺度涡旋涡度对近惯性能通量和能量输入功率的影响。浮标实测风场和流速表明,本文所用的风场和阻尼平板模型可用于估计风场向全球海洋的近惯性能通量。本文计算得到的大气向全球海洋输入近惯性能量的功率为0.56TW(1TW=10~(12)W),其中北半球贡献0.22TW,南半球贡献0.34TW。在时间上,风场的近惯性能通量呈现各个半球冬季最强、夏季最弱的特征,这和西风带风场的季节变化有关。在空间上,近惯性能通量的高值海域为南、北半球西风带海洋,尤其是南大洋。混合层厚度和风场空间不均匀性使得西风带近惯性能通量呈现纬向变化,即海盆西部强于海盆东部。风场时间分辨率对近惯性能通量的估计至关重要,低时间分辨率风场对近惯性能通量的低估达到13%—30%。阻尼平板模型中的经验衰减系数对近惯性能通量估计的影响不超过5%。中尺度涡旋涡度仅改变近惯性能通量的空间分布,而对全球近惯性能量输入功率的影响可以忽略。  相似文献   

强人类活动驱动下珠江磨刀门河口径潮动力的季节性异变特征     

张先毅  杨昊  黄竞争  傅林曦  王恒  刘俊勇  欧素英  刘锋  蔡华阳  杨清书 《海洋与湖沼》2020,51(5):1043-1054

人类活动对河口环境影响巨大,揭示在强人类活动驱动下河口径潮动力非线性相互作用的异变特征,有利于了解人类活动影响河口动力地貌的机制,对河口区水利工程建设及环境保护等具有重要指导意义。基于1960—2016年珠江磨刀门河口沿程潮位站(甘竹、竹银、灯笼山、三灶)的逐月高、低潮位数据及马口水文站的月均流量数据,统计分析了磨刀门河口在强人类活动驱动下月均水位、潮波振幅及其空间梯度(即月均水位坡度和潮波振幅衰减率)的季节性异变特征。结果表明,1990年和2000年为磨刀门河口径潮动力的异变年份, 1990年前为自然演变阶段, 2000年后为恢复调整阶段,1990—2000年为过渡阶段;高强度采砂导致的河床下切使磨刀门河口月均水位及月均水位坡度显著减小,夏季减小幅度最为明显,沿程平均分别减小0.53m和8.93×10~(-6);月均水位坡度减小导致潮波衰减效应减弱,进而使沿程潮波振幅增大,多年平均增大0.071m;磨刀门河口径潮动力相互作用具有明显的季节性差异,夏季月均水位坡度随流量增大在上游抬升明显,冬季月均水位坡度在上游显著减小,但在下游略有抬升;随着流量的增大潮波振幅的衰减作用增强,但当流量超过阈值20000m~3/s时,月均水位坡度引起的底床摩擦增大效应不足以抵消横截面积辐散效应,潮波衰减效应略有减弱。  相似文献   

长江感潮河段潮波传播变化特征及影响因素分析     

黄竞争  张先毅  吴峥  刘锋  蔡华阳  杨清书 《海洋学报》2020,42(3):25-35

径潮相互作用是感潮河段水动力变化的典型特征，受其影响潮波传播具有明显的洪枯季及沿程变化。本文基于长江感潮河段天生港、江阴、镇江、南京、马鞍山及芜湖6个潮位站2002?2014年连续高低潮位资料及大通站月均流量数据，统计分析长江感潮河段潮波振幅衰减率、潮波传播速度及余水位坡度等传播特征值的洪枯季及沿程变化特征，并探讨这些潮波传播特征的变化规律及其主要影响因素。结果表明，潮波传播特征的洪枯季差异自上游至下游逐渐减小，其分界点位于天生港与江阴之间（其中，天生港和江阴站的多年平均洪枯季潮差差值约为0.01 m和?0.04 m）；径流动力对潮波衰减的影响主要位于江阴以上河段，江阴以下河段主要受潮汐动力控制；径流驱动下余水位坡度引起的余水位及水深增加，导致潮波传播的有效摩擦减小，当流量超过某个阈值时潮波振幅衰减反而减弱，特别是上游马鞍山-芜湖段最为明显，统计结果表明该河段流量阈值约为33 000 m3/s。本文分析结果作为前人研究的重要补充，可为长江河口感潮河段径潮相互作用机制研究及河口治理等提供基础参考。  相似文献   

ZHDN-SDR 150A型高频声波钻机设计          下载免费PDF全文

潘云雨  梅金星  徐静  高翔  潘俊 《探矿工程》2022,49(2):135-144

文章主要介绍了ZHDN-SDR 150A 型高频声波钻机设计及其验证测试,为该钻机应用于污染场地调查和治理提供理论依据和技术指导。论文阐述了钻机总体设计思路及主要性能参数指标,系统分析了高频声波动力头、钻机主体、配套钻具结构设计及其技术创新。该钻机在两种不同地层进行了验证测试,各项测试指标均达到设计要求。将验证测试结果与国内外同类钻机对比表明,ZHDN-SDR 150A型钻机主要性能参数与关键装置已处于国内先进和国外并跑水平。该型钻机在振动频率、地层适用性、钻具使用寿命等方面优势显著,但是存在过高温度运行条件下钻进效率降低、智能自动化水平不足的问题,需进一步研发耐高温强硬度新材料和改进远程无线操控系统。  相似文献   

确定砂土动剪切模量和阻尼比的方法对比     

宋东松  冯震  金红山  孙逸涵 《吉林大学学报(地球科学版)》2021,51(5):1366-1380

确定土体动剪切模量的常用方法有规范法、Kumar法和自相关函数法,确定相应阻尼比的方法有规范法、Das and Luo法、Kokusho法、Kumar法和互相关函数法,为了分析不同方法所产生差异,实现定量化对比分析,笔者以福建标准砂（粒径为0.5~1.0 mm）为研究对象,采用不排水的应力控制动三轴试验,探讨不同的确定土体动剪切模量和阻尼比方法的差异性,并给出了不同土体条件建议选用的方法。结果表明：1）3种方法确定动剪切模量的结果有一定的差异,随剪应变的增大结果的差异逐渐增大,有效围压对结果的差异性有所影响,当剪应变为4×10^-3,有效围压为100 kPa时,3种方法差异显著,相对误差最大接近20%;2）而5种方法确定阻尼比的结果差异显著,随着剪应变的增大,5种方法确定的阻尼比相对误差大体上均在迅速减小,只有规范法在有效围压为100 kPa时,其相对误差有较小的增大趋势;5种方法中,Kumar法确定的阻尼比最接近平均阻尼比,互相关函数法远高于平均阻尼比,Das and Luo法和Kokusho法确定的阻尼比基本一致但低于平均阻尼比。建议以后的工程应用中,加载方式为应力控制时,可采用自相关函数法确定动剪切模量,采用Kumar法确定阻尼比,二者确定的动剪切模量和阻尼比均最接近平均值。  相似文献   

特高压互连电气设备减震性能振动台试验          下载免费PDF全文

程永锋  孟宪政  卢智成  刘振林  邱宁  马跃 《地震工程学报》2019,41(2):292-298

为研究铅金属减震器对特高压互连电气设备的减震效果,进行由硬管母线连接的特高压避雷器设备和电容式电压互感器设备组成的互连耦合体系的地震模拟振动台试验。通过白噪声扫频、抗震及减震试验,测定互连耦合体系抗震结构及减震结构的自振频率以及关键部位的应变、加速度响应。试验结果表明:抗震结构中避雷器设备的最大应变响应大于互感器设备,互连耦合体系中的避雷器设备属于易损设备;安装减震器后互连设备频率降低幅度较小,减震器基本不会影响电气设备的正常运行;安装减震器后互连耦合体系中的避雷器设备和互感器设备在较大峰值加速度地震波作用下,设备顶端加速度响应和最大应变响应均有较大幅度的降低,避雷器设备和互感器设备的最大应变响应的减震效率分别为75%和50%,减震效果显著,减震器的应用大幅提升了互连耦合体系的抗震能力。  相似文献   

Direct finite element method for nonlinear earthquake analysis of concrete dams: Simplification,modeling, and practical application     

Arnkjell Løkke  Anil K. Chopra 《地震工程与结构动力学》2019,48(7):818-842

A direct finite element (FE) method for nonlinear response history analysis of semi-unbounded dam-water-foundation systems has recently been presented. The analysis procedure employs standard viscous-damper absorbing boundaries to model the semi-unbounded foundation and fluid domains and specifies the seismic input as effective earthquake forces—determined from a control motion defined at the foundation surface—at these boundaries. Presented in this paper are several simplifications to this direct FE method that greatly facilitates its implementation in commercial FE software. Also addressed is the modeling of the principal nonlinear mechanisms for concrete dams, calibration of damping in the numerical model to ensure consistency with values measured at actual dams, and practical procedures for implementation of the direct FE method with a commercial FE program.  相似文献   

青藏高原东缘的地壳流及动力过程   总被引：13，自引：6，他引：7       下载免费PDF全文

朱介寿  王绪本  杨宜海  范军  程先琼 《地球物理学报》2017,60(6):2038-2057

黏滞性地壳流对地壳及上地幔变形作用及动力机制,是大陆新生代造山带的一个重要研究内容.青藏高原中下地壳存在部分熔融或含水物质的黏滞性流体,已为一系列地球物理及岩石学研究所证实.为研究青藏高原东缘地壳流的动力作用,本文用密集的被动源宽频带地震台的观测数据,反演了地壳上地幔精细速度结构和泊松比.研究表明,川西及滇西北高原的中地壳内普遍存在低速层,而高泊松比的地壳只分布在川西北地区.位于中地壳的黏滞性地壳流从青藏高原腹地羌塘高原流出,自北西向南东流入青藏高原东缘.这些黏滞性地壳流带动了上地壳块体水平移动,当它们受到刚强的四川盆地及华南地块阻挡时将发生分层作用,地壳流将分为二或更多分支不同方向的分流,向上的一支地壳流将对上地壳产生挤压,引起地面隆升,向下的一支地壳流将使莫霍面下沉加厚下地壳·黏滞性地壳流的运动在地壳中产生应变破裂发生强烈地震活动,地震的空间分布与震源机制也受到地壳流动力作用控制.  相似文献   

重复循环荷载作用下原状黄土动力特性试验研究   总被引：1，自引：1，他引：0       下载免费PDF全文

文少杰  张吾渝  王鹏 《地震工程学报》2020,42(6):1659-1665

为探究重复循环荷载作用下含水率、固结压力对原状黄土动力特性、变形性状的影响规律，利用英国GDS双向动态三轴试验系统模拟交通荷载，对海东地区原状黄土进行动三轴试验研究。试验结果表明：单一重复循环动荷载作用下，在加载初期，海东地区原状黄土的轴向动应变随着循环次数的增大急剧增加，后期缓慢增加至趋于稳定，即发生应变硬化现象。在加载初期，含水率、固结压力对原状黄土的轴向动应变无明显影响，当循环次数N>400时，原状黄土的轴向动应变随含水率的升高而增加，随固结压力的增大而减小。动剪切模量随循环次数的增加出现先减小后增加再减小的变化，随含水率的升高有较大幅度的降低。动阻尼比随循环次数的增加先增加后减小，随含水率的升高而增大。表明海东地区原状黄土所具有的大孔隙架空结构使其在重复循环荷载作用下易发生振动变形。  相似文献