结合脉动测试的金刚宝座塔地震反应分析及震害预测

为了研究内蒙古呼和浩特市慈灯寺金刚宝座塔的抗震性能,测试了金刚宝座上五座小塔的动力特性,并建立数值模型计算结构的动力特性。通过动力特性比较,确定了结构整体等效弹性模量,输入调幅后的三向EL-Centro波计算古塔的地震反应,输出古塔各层应力响应、弹性位移响应、最大层间位移角以及塔底加速度时程。结果表明:中塔的水平剪应力在塔体中部最大,中塔竖向正应力、边塔水平剪应力和竖向正应力在塔体底部最大;层间位移值在塔体顶部最大,中塔和边塔的结构薄弱层分别为4层与顶层以及底层与顶层。慈灯寺塔在8度多遇地震下塔体基本完好,在8度罕遇地震下塔体上部将产生严重破坏。设置金刚宝座降低了各小塔的振动频率,加大了塔体底部的加速度幅值,不利于古塔的抗震性能。     

秦峰塔动力特性试验分析

古塔的动力特性是评价其结构抗震性能和损伤状态的重要指标。本文介绍了秦峰塔动力特性测试的方法、过程及测试结果。为了得到秦峰塔准确的结构动力特性,为古塔的维修及保护提供依据,采用环境激励的方法测试了秦峰塔的动力特性,得到了其前三阶固有频率、振型和阻尼比;然后采用有限元软件ANSYS对秦峰塔建立有限元模型,并进行模态分析。所得计算结果与测试结果相比,误差较小,说明所建立的有限元模型是可靠的,可以为古塔的后续动力响应分析提供理论分析模型,测试结果可供同类古塔的维修加固、抗震鉴定等参考。     

超高层建筑风致振动的现场实测与数值模拟

通过采用现场实测和数值模拟方法,对某超高层建筑的风致振动特性进行研究。在建筑物顶部布置结构振动监测系统,对常态风和台风作用下的结构振动响应进行测量,分析加速度、位移幅值和结构的自振特性。以实测动力特性为基础,建立超高层建筑的等效气动弹性模型,采用平均风剖面入口,联合ANSYS和CFX对风场与建筑物的流固耦合振动进行数值模拟,得到不同顶部风速下,建筑物不同高度处的位移时程、气动力系数时程及频谱分析、尾流旋涡脱落模式。将数值模拟结果与现有的实测结果进行对比分析,表明该方法模拟流固耦合振动是可行的,并可为实际超高层建筑的抗风设计和舒适性计算提供技术依据。     

带裂缝钢筋混凝土梁损伤诊断的振动方法

建立了健康的和带有理想裂缝的钢筋混凝土梁的分离式有限元模型,推导了其中四节点矩形粘结单元的刚度矩阵。利用该模型可以计算它们的振动特性参数,研究其局部损伤与振动特性参数的关系。有限元模型数值仿真计算结果与实际测试结果相吻合。数值仿真计算及实际测试结果均表明:固有频率是进行钢筋混凝土梁裂缝类损伤定性辨识的重要指标;曲率模态振型和应变模态振型是钢筋混凝土梁裂缝类局部损伤的敏感参数,利用它们的模态绝对残差向量可以实现实梁裂缝类损伤的准确定位识别;曲率模态振型和应变模态振型的绝对残差向量范数,与裂缝类损伤的严重程度具有单调性关系,可以基于其进行裂缝类损伤的定量辨识。     

基于频率变化的混凝土楼板损伤评价研究∗

提出了基于楼板模态频率变化的楼面板损伤评价方法,采用数值模拟对楼板损伤与频率的关系开展研究。 首先,对分层式与整体式两种楼板分别进行线性加载试验与等幅循环加载试验,并对后者进行了模态测试。在此基础上,提出了精细化数值模拟方法,并与线性加载的试件进行对比。最后,采用有限元数值模拟方法计算了基于整体结构频率的结构损伤与基于楼板频率变化的损伤。结果表明：①开裂后的楼板频率低于开裂前的楼板频率, 分层式楼板与整体式楼板开裂前后对应的自振频率相近;②精细化有限元数值模拟方法可较为准确地模拟楼板开裂损伤性能与开裂前后的模态变化;③已有基于整体结构频率变化的损伤评价方法无法准确反映楼板的损伤状态;④通过数值模拟计算出的基于楼板频率变化的损伤评价方法,可准确反映楼板开裂的损伤状态,为相应构件的损伤评价提供借鉴。     

频率法测试网架结构杆件轴力影响因素的试验研究

大跨度空间网架结构健康检测中杆件轴力无损测试方法至关重要。繁杂和不便现场实施的轴力测试已经影响到健康检测的实用性。探索频率法测试杆件轴力影响因素的变化直接关系到该方法的实用性。针对影响频率法测试空间网架结构杆件轴力的因素研究,能使频率法测试结构杆件轴力时可综合考虑各方面因素,得到精确的数据。通过杆件模型试验分别考虑了杆件轴力、杆件长度、截面及边界条件4因素对杆件自身频率的影响,基于梁弯曲振动理论与数值计算对试验结果进行分析。结果表明,杆件长度、截面及边界条件对杆件自身频率影响较大,杆件轴力对杆件频率影响相对较小,但4个因素对杆件频率影响均呈线性变化且影响程度各不同,可以为频率法测试结构杆件频率时提供参考标准。     

浅埋小净距隧道掘进爆破引起的地表振动特性模拟分析

基于隧道钻孔爆破时岩体的破坏过程及应力波传播特性,提出了能用于快速计算模拟爆破地震场的等效荷载施加方法。采用等效荷载施加方法对重庆双碑隧道浅埋段掘进爆破时的地表振动进行了数值计算,并将数值计算结果与现场实测振动数据对比分析,验证了该等效荷载施加方法用于模拟计算地表爆破振动特性的可行性。最后,通过计算浅埋小净距隧道两侧隧道掌子面处于不同位置关系时的地表振动情况,得到非主爆隧道开挖后形成的空洞区将对其上部的地表振动强度具有一定的放大作用,且放大倍数与该隧道掌子面同主爆隧道掌子面间的位置相关。     

基于能量合成法的塔式结构刚度识别研究

在Rayleigh能量法和Southwell's频率合成法的基础上,将结构的振动基频表示为由各变形元和惯性元组成的子系统频率的合成,其中变形元为结构的弯曲变形和剪切变形,惯性元为结构的分布质量和塔顶附加质量。通过选取满足边界条件的挠度函数,建立了底部固定、顶端带有附加质量的塔式结构基频与刚度的关系,因此可通过测量结构的振动基频识别出塔式结构的抗弯刚度和抗剪刚度。以某钢塔为计算实例,采用该算法推导出了结构振动基频与弹性模量的关系,只要知道截面的几何尺寸和材料性质,便可快速识别出各截面的刚度。有限元空间建模计算结果证明了本文提出的算法具有较高精度。该方法适合底部固定的塔式结构,可为复杂空间塔式结构使用状态的监测与评估提供参考。     

中信广场风场特性及风致结构振动的同步监测

通过对广州中信广场在台风“达维”作用下其风场与风致结构振动的现场同步监测，获得了台风风场和结构动力特性，及风致结构振动响应等相关结果。通过对现场测试数据的分析，验证了湍流强度随平均风速增大而减小和阵风因子随湍流强度增大而增大等规律，实测的脉动风速谱与von Karman谱亦很吻合。同时通过对中信广场加速度响应与平均风速关系分析得出，该高层建筑物的顶部风速即使处于低中风速范围时，其横风向响应已接近于顺风向响应。根据实测风振加速度数据，对结构动力特性（频率及阻尼比）进行了识别，采用随机减量方法求得了结构在两个主轴方向第一振型阻尼比与振幅的非线性关系。     

某空旷砖混结构地震反应分析与抗震加固

某单层空旷砖混结构礼堂已使用多年,为保证安全,适应功能变化,对该建筑进行了抗震鉴定,并提出了抗震加固措施。通过建立有限元分析模型,计算结构4种不同工况的振型和自振频率,结果表明:(1)空旷砖混结构的纵墙变形不协调,不能共同工作;(2)耳房的存在能增加房屋的刚度和整体工作性能;(3)增设壁柱能显著提高空旷砖混结构的刚度,在很大程度上改善结构的整体性能;(4)在外纵墙上开设洞口,引起刚度降低,但降低的幅度较小。为验证有限元分析模型的有效性,对改造后的结构进行了动力特性测试,测试结构与模拟结果吻合较好。本文的研究成果,可为在役空旷砖混结构的地震反应分析与抗震加固提供科学依据,为此类房屋的建造和改造提供技术参考。     

基于液化效应的地下结构动力反应及简化分析方法研究

为了分析液化条件下的地下结构动力反应以及得到相应的简化分析方法,采用数值计算方法,基于ABAQUS软件平台,获得了液化场地的孔压效应,得出了液化场地对地下结构动力作用影响,分析了地下结构的损伤特性和变形特征。结果表明:随着峰值加速度的增加,场地的液化区域逐渐增大,孔压比的极大值区域出现在地下结构顶板上方;由于上覆土层的影响,地下结构的损伤以压缩损伤为主;在相同地震动作用下,液化场地中的地下结构损伤程度大于非液化场地中的地下结构损伤程度,并且得出地下结构的变形是以侧向变形为主。针对液化场地对地下结构的作用效应,建立土-地下结构体系的简化力学模型,得出液化土体中地下结构侧向变形的解析解,并通过了数值分析结果验证了该简化分析方法正确性和可行性。     

软弱场地地铁车站结构地震反应的数值模拟与模型试验对比分析

根据软弱场地土上地铁车站结构大型振动台模型试验结果,以软件ABAQU S为平台,采用记忆型嵌套面黏塑性动力本构模型和动塑性损伤模型,分别模拟土体和车站结构混凝土的动力特性,建立了土-地铁车站结构非线性动力相互作用二维和三维有限元分析模型,对各种试验工况下地基土-地铁车站结构体系的地震反应进行了数值模拟,并与试验结果进行了对比。结果表明:二维、三维数值模拟与振动台模型试验结果基本一致,三维模型可更好地模拟软弱场地与地铁车站结构的动力相互作用及模型结构的动力反应。数值模拟结果和振动台试验结果可相互验证其可靠性。     

多层建筑物的脉动测试与分析

目前各类建筑物动力特性的测试方法颇多,本文基于选频测振方法,对框架和框架剪力墙结构的两幢多层建筑物进行了脉动测试与分析,并得出如下一些结果: 1.脉动测试中采用选频方法可较为方便地取得建筑物的前几阶频率和振型。 2.利用选频方法可以对建筑物的扭转振动现象予以估计。     

在役钢筋混凝土拱桥病害分析和力学性能研究

结合某在役三跨钢筋混凝土拱桥结构的现场检测,对该拱桥结构的静、动力力学性能进行了有限元计算。获得了大桥静载下的变形信息和振动特性信息,为大桥的抗震、抗风分析建立了基础;通过验算荷载对布载最不利位置的检验,全面评估大桥的安全状态;通过静载实测的数值与有限元模型数值的对比,研究了拱桥的力学性能,评估分析了拱桥结构过早出现病害的主要原因,为在役拱桥的安全性评价和健康诊断提供了理论依据。     

基于多尺度分析的高压输电塔损伤识别数值模拟研究

由于结构整体动态特性对于局部损伤的不敏感性,只有当结构中的损伤严重到显著影响动态特性的程度,才可能造成结构特性参数的明显变化。宏观尺度模型只能识别出构件层次上的损伤,而对于识别结构中的小损伤或者微损伤以及构件连接节点处的损伤则无能为力。建立了高压输电铁塔一致多尺度数值分析模型,对输电铁塔上下曲臂连接节点处构件内部的不同损伤进行了识别。以小波包能量曲率差为损伤因子,利用小波变换技术,建立了高压输电铁塔的智能损伤识别方法,最后利用RBF神经网络对损伤程度给予判定。研究表明,该方法识别效果比较理想。     

正弦扫频振动台试验的虚拟设计

通过理论推导,获取了正弦扫频函数的精确数学描述。通过数值仿真,获取了振动台试验夹具的选取原则,即夹具和试验件的固有频率比应满足3.0或以上;同时,根据计算结构可知,两结构的组合体固有频率较两结构固有频率的较小值小。由考虑振动台面耦合作用的结构正弦扫频振动的数值仿真分析可知,结构在正反向的正弦扫频激励下的动力响应差异不大,但在结构正弦扫频振动台试验设计时应根据台面的动力特征确定是否考虑振动台面对结构动力响应的影响并进行修正。以上结论可为航天产品正弦扫频振动台试验的设计及动力时程仿真提供理论依据。     

某带钢塔高层建筑结构风致动力特性分析

采用计算流体动力学中的非稳态分析,对某带钢塔高层建筑工程所处的区域风场进行计算,获得了作用于其表面的时程风荷载,再将荷载施加到该结构的有限元模型上进行动力响应分析。再对不同钢塔基频与场地风向角等因素下的风致动力性能与位移响应能量密度谱进行分析。研究结果表明,当钢塔基频与主体结构基频相近时,钢塔尖部的位移值达到最大,鞭梢效应最为强烈;不同风向角时塔尖位移迥异,由位移响应极值确定的最不利风向角为135°工况。塔尖位移响应频谱特性对建筑群的互扰效应与风向角的变化较为敏感,并会对结构的振动响应产生影响。当旋涡脱落频率与结构频率接近时会引起钢塔较大的耦合振动,设计时应注意避开不利环境,减小风致动力响应。     

南京长江大桥原型结构的动力试验

本文采用高的稳速精度TQJ—4同步起振机为激振源,对南京长江大桥进行动力试验来确定大桥原型结构的自振特性。试验得到了正桥各墩的基频和阻尼比;引桥各墩前三个自振频率、振型及阻尼比。所得到的试验结果与按线弹性有限元法(梁单元)的计算值以及脉动测量数据的频谱分析结果作了比较,并对梁式桥的动力计算数学模型以及单点激振等问题提出了看法。     

高拱坝地震反应时域分析中Rayleigh阻尼矩阵建模方法讨论∗

讨论了不同Rayleigh 阻尼矩阵建模方式对时域内高拱坝地震反应计算准确度的影响。以某一高240 m 的混凝土拱坝为研究对象，分析了结构的动力特性，分别计算了结构在双向和三向地震作用下，当采用不同Rayleigh 阻尼矩阵模型时的结构动力反应。建立了8 种Rayleigh 阻尼矩阵双参数模型，其中第一参数频率取拱坝第1、2 阶频率，第二参数频率取拱坝第5、6 阶频率及地震波反应谱的峰值频率和重心频率。计算结果表明：当高拱坝的自振特性相比于地震波频谱分布表现出长周期结构动力特征时，不同Rayleigh 阻尼矩阵模型对计算结果影响很大。建议采用拱坝顺河向基频和地震波反应谱峰值频率作为两个参数频率，由该模型计算所得的坝体地震反应的主要计算结果总体上计算误差为正，且误差值有限。     

非均质土层中单桩水平简谐动力响应特性的数值分析

运用土动力学和结构动力学原理,基于改进的Winkler地基梁模型,同时考虑桩侧土的弱化效应和地基土层的成层非均质性,采用数理方程方法分别求解土与桩的振动方程,建立了水平荷载作用下单桩侧向简谐动力响应特性分析的计算力学模型和方法,并将所得结果与有限元计算结果进行对比分析,验证了所提出的计算方法的合理性。通过对影响单桩水平简谐动力响应特性的各相关参数进行变动参数分析,总结出了各影响参数对单桩水平简谐动力响应特性的一般影响规律。