大型古建筑物顶升施工数值分析方法及应用

大型古建筑物顶升施工的监控难度很大,为了保证顶升过程中结构不发生开裂等损伤状况,有必要对其进行施工数值仿真分析。考虑顶升施工时的具体情况建立了南京博物院老大殿的有限元分析模型,以不同的位移时程曲线模拟顶升施工时可能遇到的典型不利荷载工况,以顶升过程中结构的裂缝宽度作为判断指标,对老大殿顶升施工进行数值仿真模拟。分析结果表明:建筑物顶升应进行严格的位移监控,位移时程差的危害性随位移差的增大而显著增大;用分区施加位移时程差的方法可以清楚判断各区抵抗位移时程差的能力;顶升监控可按结构刚度分区进行,不同刚度区域可选择不同的监控精度。     

含TLCD超高层建筑风振舒适度及其生命周期费用分析

超高层建筑高、柔,风振影响显著,工程中常需配置调频液柱阻尼器(TLCD)以减小振动、提高人居舒适度。针对在强风作用下TLCD可能存在液体运动撞击容器顶部或液面低于水平段等失效问题,进行了TLCD的抗风可靠度研究,并对超高层建筑结构-TLCD体系的生命周期费用进行了分析。采用虚拟激励法计算结构-TLCD体系在脉动风荷载下的随机风振响应;基于随机振动的首次超越破坏准则,研究结构-TLCD体系在不同风速风载下的动力可靠度;分析结构-TLCD体系的风振舒适度生命周期费用;依据生命周期费用最小原则进行投资决策,是基于性能的抗风设计的具体应用。利用该方法对某超高层建筑结构的TLCD安装与否进行了投资决策,说明了本方法的适用性。     

超高层建筑上部结构—群桩—筏板—土共同作用下筏板性状风振响应计算与分析

风荷载是控制超高层建筑结构设计的主要因素。借助流体动力学采用大涡模拟方法,通过FLUENT和ABAQUS软件建立考虑风场和结构的流固耦合分析模型,运用MpCCI软件进行流固耦合面上的数据传递,以实现流体、固体相互作用。以国际上通用的风工程CAARC标准模型为对象,进行了考虑刚性基础和上部结构—群桩—筏板—土共同作用的风—结构流固耦合数值模拟计算和分析。结果表明:(1)本文方法计算结果与解析解基本一致,与前人的风洞试验和数值模拟结果基本一致;(2)流固耦合分析下,地下室侧面土体可抵抗一半以上风荷载在筏板处引起的附加弯矩,风荷载引起的筏板平均附加弯矩远小于自重产生的弯矩。计算方法和计算结果可以为风荷载作用下对地基基础的研究和流固耦合问题分析提供参考。     

基于实测加速度的高层建筑风荷载反演

在台风"杜鹃"登陆期间,对温州市某高层建筑进行了现场实测,得到了建筑物的风场和加速度响应等数据。进而对实测结构进行了模态参数识别,得到了其固有频率、振型和阻尼比。对结构加速度响应信号进行了去噪处理,经过信号处理后的响应数据满足高斯分布,进而通过积分得到高层建筑的速度和位移响应。同时,运用等效原理建立了该高层建筑结构的5质点简化弯剪模型,使简化结构的动力特性和原结构相似。再应用简化模型反演出结构受到的脉动风荷载时程。将反演得到的脉动风荷载时程叠加上平均风荷载得到各测点风荷载时程,再作用到简化模型上运用Newmark-β法进行风致响应分析,计算得到的加速度响应与实测加速度响应较为吻合。     

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。     

商用飞机撞击刚性墙的荷载时程分析方法

针对商用飞机撞击刚性墙问题开展研究。首先,使用ANSYS/LS-DYNA软件建立了飞机的有限元模型,并对飞机撞击刚性墙的过程进行数值模拟。接着,采用Riera法对飞机撞击力进行理论计算,以验证数值模拟结果的准确性。最后,基于数值模拟结果对传统荷载时程分析方法进行改进,提出了可考虑不同撞击速度的荷载时程曲线调整方法以及加载区域确定方法,并对改进方法的有效性进行分析验证。结果表明:本文所提荷载时程分析改进方法简单有效,能够准确反映不同速度飞机撞击下刚性墙的最大位移响应,适用于重大工程结构的飞机撞击分析。     

共生型泥石流对建筑物结构损伤的多尺度分析

为了获得泥石流对建筑物结构损伤情况，提高泥石流下建筑结构损伤检测精确性，针对共生型泥石流对建筑物结构损伤进行多尺度分析。结合LiDAR点云数据和航空摄像数据，提取泥石流灾害建筑物结构相关信息；分析泥石流的冲击机理和地貌形迹。结合实际观测和基础信息，计算泥石流的冲击力和建筑结构最大位移，获得共生型泥石流对建筑物结构冲击作用下的影响因素。利用简化泥石流作用力，对一个二层建筑结构在共生型泥石流冲击下的损伤位移情况进行模拟，设计四种工况，通过不同工况在泥石流下的冲击响应实现结构损伤多尺度分析。结果表明:结构柱产生位移的主要影响因素为泥石流整体作用力，一旦遇到大石块，位移会有增加趋势；建筑结构最大位移和泥石流密度、刚度等因素相关；结构最大位移模拟值与理论值拟合度高；泥石流中比较大的石块为建筑物结构受到损伤的关键因素，可利用减小结构刚度减缓冲击力。     

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。     

基于MS模型的剪力墙-核心筒结构的高层建筑三维非线性动力破坏分析

采用非线性多弹簧弹塑性有限元模型,对我国一座最高的民用超高层钢筋混凝土剪力墙—核心筒结构进行了非线性地震响应破坏分析。通过分级加载分析了不同地震烈度下超高层建筑从弹性、塑性直至失效的结构内力和变形的整个过程,并采用静力Push O ver方法和1/50比尺的振动台模型试验进行了破坏分析。结果表明超高层建筑的最薄弱位置在1/2到2/3之间高度处。非线性数值分析的结果和振动台模型破坏试验现象符合一致。     

输电塔结构的动力稳定性研究

作为一种重要的生命线工程,输电线路的破坏会造成巨大的经济损失。统计显示,风荷载作用下输电塔结构的动态侧倾失稳是输电线路经常发生的破坏形式之一。因此,对风作用下输电塔结构的失稳破坏进行研究有着十分重要的意义。本文应用谐波叠加法模拟脉动风场,分别采用Budiansky-Roth准则和动态增量法(IDA)结合位移相等准则这两种方法,基于ANSYS的非线性屈曲分析和时程分析模块,对沈阳某输电塔的抗风动力稳定性进行了研究。结果表明,风的动力特性对结构稳定性影响较大,现行规范中按等效静力风荷载进行计算是偏于不安全的。     

各向异性场地动力特性的地微动研究

采用非均匀横观各向同性层状介质模型模拟半空间之上的层状场地,对垂直入射的剪切波引起的地面响应进行了模拟.考虑震源特性的影响,分析了不同深度位置两种不同卓越频率的入射子波的响应,结果表明,非均匀横观各向同性层状场地的地震动响应具有明显的各向异性特征,并且随着震源特性的不同而变化.以某场地实测资料为例,计算了场地E-W向和N-S向的Nakamura谱比及小波谱,表明该场地的地微动频谱特性具有各向异性特征.场地微动水平方向的振动位移图分析进一步表明,场地振动具有优势方位,场地动力特性具有各向异性.在数值模拟和试验观测的基础上,提出了场地微动各向异性及各向异性主轴的概念,分析了场地微动各向异性主轴及各向异性机制.     

边坡振动台模型实验动位移的加速度时程积分探讨

受数据采集条件限制,振动台模型实验的速度和动位移时程一般由实测加速度时程信号进行积分得到。通过理论分析和实验实测数据计算,认为动位移的频域积分法误差来源是低频截止频率的选取,特别当低频频率接近零时,传统二阶频域积分可产生较大的动位移低频振荡和峰值误差。提出利用时域与频域混合的方法,即频域-时域混合积分法,来克服积分过程带来的误差,其在对加速度两次积分中,分别进行一次频域积分和一次时域积分。地震模拟振动实验的台面实测加速度数据积分与台面动位移计实测数据的对比表明,较之传统的二阶频域积分,采用频域-时域混合积分时误差可明显减小。     

考虑叶片与塔架耦合作用的风电塔架风振响应分析

现有的风力发电塔架风振响应分析大多忽略叶片与塔架的耦合作用,而由于叶片质量和扫略面积较大,对风力发电塔架风振响应分析的影响不可忽视,因此,在风电塔架的研究中考虑叶片对塔架的影响,其结果会更加接近实际情况。本文考虑叶片与塔架耦合作用对风力发电塔架风振响应的影响,建立了相应的力学模型和运动方程。分别对有无叶片塔架耦合作用进行模态分析,比较了两者的固有频率。并通过MATLAB软件编写程序得到脉动风荷载时程曲线,最后在ANSYS中对风电塔架脉动风荷载进行时程分析,得到两种不同风电塔架模型的风振响应时程曲线,比较了两者在同一高度处的位移、速度和加速度反应,为进一步研究实际风电塔架结构提供了可靠的理论依据。     

钢桁架-钢筋混凝土管柱结构风参数试验研究

结构下部空旷,上部挡风墙承担的风荷载对结构下部产生较大作用。我国规范没有对该类结构及其顶部透气性A型架的风参数作具体规定。为解决工程设计中风参数取值问题,进行了刚性模型风洞试验研究,得到了不同工况下挡风墙、A型架、管柱的体型系数及挡风墙的阵风系数,分析了风机、周围建筑物、风向角对相关风参数的影响,给出了相关参数的建议值。并将试验结果与数值模拟计算结果进行了对比分析,结果表明,二者吻合较好,研究结果为工程设计提供了基础资料,可供同类工程参考。     

综放采空区特性与氧浓度分布关系研究

在现场束管监测实验的基础上,分析总结了综放采空区特性.根据计算流体力学原理,采用FLUENT数值模拟计算软件,针对综放采空区的不同特性,分别对采空区氧化带和窒息带的关键划分指标"氧浓度"进行数值模拟.将模拟结果与实测结果进行比较,讨论了在考虑综放采空区不同特性情况下的数值模拟结果对采空区自燃"三带",即"散热带"、"氧...     

某中央商务区行人风环境初步评估

采用数值模拟方法,对某中央商务区高度简化建筑群的风环境进行了计算,在此基础上,结合附近自动气象站的风速观测数据,对该区域的行人风环境进行了初步评估。数值模拟方法采用了修正的壁面函数,保证了建筑群所处的未受干扰的风场参数和来流边界条件一致。行人风环境评估结果表明:在重点关注的3栋超高层建筑中间,当盛行东南风时,行人的某些活动受到影响,即该项活动不满足本文选定的行人风环境评价标准。     

台风“海鸥”的风场实测与输电塔风振响应分析北大核心CSCD

为研究强风作用下输电塔风振动力响应的规律,选择代表性地貌下的典型输电塔进行监测,得到了台风"海鸥"经过时,多点边界层风特性的实测结果以及风致输电塔振动的真实动力响应。基于风速数据,着重分析了空间风场特性的各项参数,包括平均风速和风向、风剖面参数、湍流强度、阵风因子、湍流积分尺度和脉动风谱。采集了输电塔横担和塔头塔身连接处振动加速度响应。分析了杆件薄弱部位的风振动应变响应,对杆塔在台风作用下的安全性进行了评估。为输电塔抗台风设计改进提供重要的实测数据支持。     

地铁运行区域某建筑物施工前后楼地面振动实测与分析

以某新建建筑为例,对既有地铁运行区域新建建筑施工之前的自由场地以及建筑物建成后楼地面的振动加速度进行实测。分别从加速度有效值和加速度级等方面对地铁运行引起的地面振动规律进行分析;同时,采用傅里叶谱以及1/3倍频程谱来分析振动的频率特性。结果表明:自由场地的振动在衰减过程中有时会出现局部回升区域;建筑施工前的自由场地振动强度略高于建筑完成后的一层楼面,将自由场地的测试结果作为激励输入新建建筑基底,用以预测建筑物的上部结构响应是可行的;开挖后基坑底的振动要远小于自由场地的振动。     

基于实测台风数据的超高层建筑非线性计算

基于从有限元模型导出的多自由度系统和实测台风数据，对深圳地王大厦进行了非线性数值模拟。比较研究了振幅相关阻尼与一系列常数阻尼对各种强度的台风激励下结构响应的影响。探讨了振幅相关阻尼的等效常数阻尼的存在性和特点，它与激励强度的关系和在脉动风平稳和非平稳条件下的特点，以及用它来进行超高层结构设计时可能会遇到的问题。     

基于动力弹塑性时程分析和实测地面运动的地震破坏力速报系统

地震后准确快速地评估建筑物的破坏情况对抗震救灾有着重要意义。本文基于动力弹塑性时程分析和实测地面运动记录,提出了一套近实时的地震破坏力分析评价方法并开发了相应的系统。该方法通过地震台站获取发震地区实测地面运动记录,将实测地面运动记录输入到典型单体建筑的有限元模型和发震区域典型的建筑群模型中,对其进行动力弹塑性时程分析,根据分析结果评价该次地震对典型单体建筑和目标区域建筑的破坏情况。本文所提出的方法在多次地震中得到应用,主要结论如下:(1)本文建议的方法基于实测地面运动记录,能较好地解决地震输入的不确定性问题;(2)该方法基于动力弹塑性时程分析,可以充分考虑地震动的幅值、频谱和持时特征以及不同建筑物的刚度、强度和变形特征;(3)本文建议的方法对典型单体建筑物和目标区域进行分析,可以评价地震对典型建筑物和目标区域建筑群的破坏能力;(4)本文所建议的近实时地震破坏力评价方法及相应的地震破坏力速报系统,在地震发生后短时间内给出地震破坏力评估结果,为科学制定抗震救灾决策和普及公众防灾减灾知识提供了有力手段。