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。     

拟合水工设计反应谱的人工地震波的生成与Huang变换校正

根据非平稳输入下建立的功率谱与均值反应谱之间的关系,合成基于水工设计反应谱的人工地震波,并对其幅值进行修正,降低了高频区误差作用;为了解决加速度时程积分后的速度、位移时程的零线漂移现象,利用Huang变换得到加速度时程的固有模态函数,由Huang变换方法得到的最低频率固有模态函数分量通常情况下代表原始信号的趋势或均值,对去掉均值后的加速度时程进行积分得到的速度、位移时程不存在零线漂移问题。     

地震作用下核环吊楼层反应谱特性研究

核环吊楼层反应谱对评估核电结构和设备的抗震安全性具有重要作用。采用有限元方法,应用ANSYS软件建立三维核环吊结构计算模型,数值模拟了地震作用下核环吊楼层反应谱特性。通过时程分析法,选取3种典型地震动作为输入地震动,模拟得到核环吊楼层的加速度时程曲线,通过Duhamel积分,得到不同阻尼比下核环吊结构的地表反应谱和楼层反应谱。研究表明,核环吊安全壳对地震动存在一种放大机制,与地表反应谱相比,核环吊水平向的楼层反应谱峰值提高2-10倍,而竖向楼层反应谱峰值扩大3-9倍。同时发现合理选择核环吊结构的阻尼和输入的地震动是十分重要的。该结果对于指导下一步核环吊缩尺模型振动试验具有重要意义。     

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。     

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。     

基于运营环境和提升小波变换的桥梁损伤检测研究

根据损伤桥梁在车辆荷载作用下的动力响应特点,以及提升小波变换对信号突变信息的放大功能,提出了利用桥梁运营荷载作用下加速度响应提升小波变换系数的分布特性对结构损伤进行识别的方法。首先,采集桥梁在行车荷载作用下的加速度响应信号;然后,对加速度响应信号进行提升小波变换,分别利用加速度响应信号、加速度响应信号差,提升小波变换系数空间变化的峰值识别损伤位置;最后,对行车速度、损伤位置、损伤程度和测量噪声对损伤识别效果的影响进行了分析讨论。结果表明:在行车速度8m/s以下、测量噪声不高于5%情况下,利用运营荷载作用下桥梁单点动力响应信号提升小波变换,可以实现桥梁多处损伤的检测和识别。     

大连国贸大厦振动监测传感器优化布设研究

传感器优化布设是高层建筑荷载识别与振动特性研究的首要工作。总结了土木工程中几种常用的传感器优化布置方法和准则;提出了一种基于列主元QR分解的逐步累积法与逐步消去法,综合寻找最优测点数及测点位置的方法;基于大型科学计算软件MATLAB对该方法进行编程,实现了程序可视化。以330.25 m高的大连国贸大厦为例,建立三维有限元分析模型,进行了模态分析,并利用本文方法对传感器布置方案进行了优化。结果表明,该方法优化效果明显,能为高层建筑中布设振动监测仪器提供较为可靠的依据。     

某宋代砖塔结构整体损伤识别分析

为研究陕西省蒲城县崇寿寺宋代古塔的动力特性及结构整体损伤,应用动态测试系统对该塔在环境激励下的振动响应进行测试,对测试结果进行时域及频域分析,得到了结构沿水平方向振动的前3阶频率、振型及阻尼比;建立崇寿寺塔的有限元模型计算结构的动力特性,通过调整计算参数,使计算结果与测试结果一致,得到了结构的宏观等效弹性模量,依据该模量通过模态刚度定义损伤判别指标,对崇寿寺塔结构损伤进行评定。结果表明,当结构楼层弹性模量随高度增加逐渐增大时,数值计算各阶频率均与测试结果接近,表明崇寿寺塔结构宏观损伤在首层较为严重。因此,通过对比古塔动力特性测试结果与数值计算结果,可实现对结构整体损伤进行评定。     

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。     

基于人体动力学模型钢楼梯振动舒适度及其控制研究

基于人体动力学模型研究钢楼梯人致振动舒适度问题,并利用TMD对其振动进行控制。采用移动质量-弹簧-阻尼的单自由度体系模拟人体动力学模型,将模型施加在钢楼梯有限元模型上,运用完全时程方法得到钢楼梯在人-结构动力相互作用下的动力响应,并对比分析不考虑人-结构动力相互作用时的动力响应,以峰值加速度为指标评估该楼梯的振动舒适度;对振动过大的钢楼梯,采用3种不同优化模型的TMD进行振动控制。结果表明:行人步频的倍频与结构自振频率相近时,考虑人-结构动力相互作用时结构加速度峰值多则会减小20%以上;3种不同优化模型的TMD都能够有效减小楼梯的振动响应,建议优先选用Warburton参数优化模型。     

台风期间润扬悬索桥模态参数环境相关性研究

为给大跨桥梁结构损伤识别和安全性评价提供可靠的模态参数,利用润扬悬索桥结构健康监测系统(SHMS)记录的主梁加速度响应,基于希尔伯特黄变换(HHT)方法开展了该桥的模态参数识别分析,并进一步研究了"麦莎"台风期间该桥模态参数与所测环境的风速、温度因素间的偶联关系。研究结果表明:基于HHT识别的低频段阻尼比值普遍要大于高频段,阻尼比总体随着频率的增大而减小;识别结果与成桥试验所得现场实测参考值以及有限元值几乎吻合,验证了该方法的可靠性;台风期间各阶模态的频率相对稳定,受风速、温度影响程度小;模态阻尼比的波动性则较为明显,受风速、温度影响较大。研究结果可为更好地掌握台风期间大跨度悬索桥的动力特性及其全过程变化规律提供参考。     

基于CEEMDAN与样本熵的高压断路器机械故障诊断

依据高压断路器振动信号特性，提出一种自适应白噪声完整经验模态分解( complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise，CEEMDAN)与样本熵相结合的高压断路器故障特征提取方法。首先利用CEEMDAN将分闸振动信号分解成一系列内禀模态函数(intrinsic mode function，IMF)，然后利用相关系数法与归一化能量筛选包含信号主要特征信息的前7阶IMF分量，求取其样本熵作为特征量，最后采用粒子群算法(particle swarm optimization，PSO)优化支持向量机(support vector machine，SVM)分类器，对断路器不同故障类型进行分类识别。实验结果表明该特征提取方法能准确提取振动信号特征量，输入PSO-SVM诊断高压断路器故障能取得良好的效果。     

高层建筑长周期地震反应子结构试验近似模拟方法

提出了一种利用子结构振动台试验近似模拟高层建筑长周期地震反应的改进方法。通过在子结构模型底部设置橡胶垫-质量块装置产生放大作用来弥补现有振动台的试验能力,通过定义传递函数和整体结构目标加速度反应卷积来反推子结构模型的新输入地震动,基于SAP2000软件分别进行20层整体结构模型和2层子结构模型地震线性时程反应分析。对比结果表明,不同地震作用下,两者的顶层目标加速度反应符合较好。研究成果对于拓展地震模拟振动台空间尺度和负载应用方面有一定的参考意义,为长周期作用下高层建筑反应模拟提供一种新的研究方法。     

地铁列车进出站相邻地下空间振动烦恼率评价北大核心CSCD

地铁列车进出站引发相邻地下空间振动影响不容忽视,基于烦恼率模型可对该振动环境中人体舒适度做出定量评价。以紧邻地铁车站的某大型地下空间为例,基于Imote2无线传感器网络平台,对地铁列车进出站阶段该地下空间楼层Z向振动加速度进行了实测,获得了时、频响应,并对响应特性做出了分析。基于计权振动加速度谱,计算得到了不同区域条件下的最大烦恼率,据此对测区设计使用条件做出了评价。结果表明：列车减速进站时相邻地下空间振动响应较大;测试区域不宜设计为人体舒适度要求较高的I类区域,但可以设计为Ⅱ～Ⅳ类区域;弹性波在地下空间楼层内传播过程中,出现了振动放大区即烦恼率回弹区,实际使用中,应对该局部回弹区域加以规避,以降低其对人体舒适度及健康的不利影响。     

地铁列车进出站相邻地下空间振动烦恼率评价

地铁列车进出站引发相邻地下空间振动影响不容忽视,基于烦恼率模型可对该振动环境中人体舒适度做出定量评价。以紧邻地铁车站的某大型地下空间为例,基于Imote2无线传感器网络平台,对地铁列车进出站阶段该地下空间楼层Z向振动加速度进行了实测,获得了时、频响应,并对响应特性做出了分析。基于计权振动加速度谱,计算得到了不同区域条件下的最大烦恼率,据此对测区设计使用条件做出了评价。结果表明:列车减速进站时相邻地下空间振动响应较大;测试区域不宜设计为人体舒适度要求较高的Ⅰ类区域,但可以设计为Ⅱ~Ⅳ类区域;弹性波在地下空间楼层内传播过程中,出现了振动放大区即烦恼率回弹区,实际使用中,应对该局部回弹区域加以规避,以降低其对人体舒适度及健康的不利影响。     

深厚软弱地基上多层地下室-桩基-双塔高层建筑的地震反应分析

采用二维有限元整体分析法,对深厚软弱地基上带多层地下室的桩箱基础双塔和单塔高层建筑的地震反应进行了数值模拟,探讨了SSI效应对其地震反应的影响.结果表明:深厚软弱地基上双塔和单塔高层建筑的地震反应有很大差别,这种差别与场地条件和输入地震动特性有关.一般地,双塔高层建筑的楼层绝对加速度反应比单塔高层建筑的反应要小得多;但当输入加速度峰值较小时,前者的绝对加速度反应也可能比后者大;而对于楼层相对位移反应而言,除极个别的楼层外,前者相对位移反应比后者的要小,尤其是高层建筑中上部各楼层的反应.此外,双塔高层建筑塔间连体的设置位置及刚度对深厚软弱地基上双塔高层建筑的地震反应也有很大的影响.     

风场类型对高层建筑风致响应的影响研究

风荷载是影响高层建筑安全性的重要因素之一,而不同的风环境会对高层建筑的风致响应存在不同程度的影响,基于此背景,本文通过高层建筑多自由度气动弹性模型风洞试验,获得了结构原始加速度时程曲线,采用随机减量法对其气动阻尼进行识别,分析了风场类型对高层建筑气动阻尼比和风致加速度响应的影响。结果表明:横风向气动阻尼比随折减风速的变化起伏较大,顺风向气动阻尼比随折减风速的增大而增大;折减风速小于特定值时,地貌类型对气动阻尼影响较小;随着风场类型从A类变化为D类,结构横、顺风向的气动阻尼比的变化趋势趋于平缓,气动阻尼比的正峰值减小,正峰值风速增大。高层建筑横风向的加速度响应大于顺风向;风场类型从A类变化为D类的过程中,横、顺风向的加速度响应均减小。风向角对气动阻尼比和加速度响应均存在较明显的影响。     

363kV真空断路器支柱绝缘子模态及地震响应谱分析

当地震波的振动频率接近电力设备支柱绝缘子的固有振动频率时,可引发共振现象而导致设备损坏。针对363 kV真空断路器支柱绝缘子建立了有限元模型,对支柱绝缘子进行地震响应谱分析,可为支柱绝缘子结构的设计提供参考。首先对支柱绝缘子进行结构静力学分析,计算支柱绝缘子自身应力分布;其次进行有预应力模态仿真分析,计算出支柱绝缘子1-10阶振型对应的模态频率;最后在计算出各阶模态频率的基础之上,对断路器支柱绝缘子进行了地震响应谱分析,在x +y方向施加EI Centro波加速度频谱,计算出支柱绝缘子的最大应力分布和沿各坐标轴方向的最大形变位移。     

基于虚拟仪器技术的振动台模型试验98通道动态信号采集系统研制

土工结构振动台模型试验除了需采集常规的加速度、位移、应变信号外,还需采集模型场地土中振动孔隙水压力、动土压力等信号,由于同步采集的动态信号的多样性和复杂性,一般的振动台信号采集系统难以满足这样的多种动态信号同步采集要求。基于传感器融合技术和虚拟仪器技术,研发了一套适用于多种类型信号输入的动态信号同步采集系统,可实现80通道动态信号、18通道数字信号的同步采集、回放和频谱分析等功能,并具有界面友好、使用维护方便等特点。     

基于增量动力分析的近场框架结构楼层加速度响应研究∗

地震作用一般可分解为两个水平分量和一个竖向分量。近场地震的竖向分量较大,但水平与竖向地震动共同作用下楼层组合加速度响应的影响鲜有研究。以三个不同高度的规则钢框架结构作为研究对象,选择与竖向目标谱匹配的竖向地震动及对应的水平向地震动共同作为地震输入,定义楼层水平和竖向绝对加速度的 SRSS 值为楼层组合加速度,研究结构最大水平加速度与组合加速度的比值沿着楼层高度的变化趋势。随后开展增量动力分析,经 KS 检验,发展了最大水平加速度与组合加速度比值的超越概率模型,分析水平加速度占比与地震强度的关系。最后,提出水平加速度占比沿结构高度分布的经验拟合公式。结果表明,随着结构楼层相对位置高度的增加和地震强度的增大,水平加速度占比逐渐减小,且近场非脉冲地震动下的水平加速度占比大于脉冲地震动。提出的拟合公式能够较好地反映水平加速度占比的变化趋势。