多棱插接式钢管塔风振阻尼技术研究

多棱插接式钢管塔具有制作安装方便、占地面积小等独特优势,正在得到越来越多的应用。但这种结构属于风敏感结构,风振特性是设计必须考虑的关键因素。钢管塔结构为空间薄壁壳体结构,其结构分析设计尤其是风振反应分析和风振控制与传统的杆系塔架结构有很大的不同。在静动力分析的基础上,提出利用钢球减振器对钢管塔进行风振控制,基于状态空间描述法模拟了钢管塔受控前后的位移时程反应,时域与频域分析结果表明该减振装置可以使结构的阻尼增加3~5倍,结构的风振反应可减小30%。本文的研究为钢管塔结构的合理设计提供了基础,有助于其在我国的推广应用,同时为行业规范和高耸结构设计规范的修订提供必要的理论基础。     

地下结构抗震分析中若干土层模拟方法对比研究

动力时程在地下结构抗震分析中应用广泛,土体动力特性的准确模拟对动力时程分析结果有重要影响。介绍了Rayleigh阻尼和Hardin-Drnevich模型的基本理论,验证了等位移边界条件的有效性。从地表加速度响应和加速度幅值沿深度放大两方面,对比分析Mohr coulomb模型、Shake91、Rayleigh阻尼和Hardin-Drnevich模型在2Hz和8Hz正弦波作用下的响应结果。结合理论分析得出:静力Mohr coulomb模型对动力时程分析适用性有限;建议在地下结构抗震分析中采用场地基频与接近地震波主频固有频率计算Rayleigh阻尼参数;Hardin-Drnevich等粘弹性非线性模型比等效线性化方法更适用于地下结构抗震分析。     

分块降阶模型及其在风与膜结构流固耦合计算中的应用

提出一种分块降阶模型,将流固耦合体系看成由力模型和结构动力模型构成,力模型中作用于结构上的力由力幅和频率信号构成,考虑膜结构的非线性,对模型进行了非线性校正。校正时采用本征正交分解方法,对每一个模态利用其时间系数进行比例调整;最后将力模型输出结果输入到结构动力模型中,计算得到膜结构的风振响应。将降阶模型应用于风与膜结构的流固耦合分析中,计算得到膜结构风压系数、风振响应等参数,并与全阶模型进行了对比。结果表明,降阶模型可以准确预测膜结构的风致响应和风压系数,且计算效率大大提高。     

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。     

兆瓦级风力机结构风振系数取值探讨

国内外关于风力机塔架设计中风振系数的取值一般不考虑叶片与塔架的结构与气动耦合作用。针对大型风力机系统风振多耦合效应和多振型响应特点,建立某兆瓦级风力机塔架-叶片系统有限元模型,采用改进的叶素-动量理论,模拟考虑旋转效应和塔架-叶片相干性的风力机系统脉动风速时程;基于风振精细化频域计算方法,进行风力机系统动力风振反应计算,探讨了叶片旋转效应的影响、风振系数的取值及其参数变化规律。研究结论为兆瓦级风力机风振系数的确定提供了科学依据。     

钢桁架-钢筋混凝土管柱结构风致响应试验研究

大跨长悬挑钢-混凝土高柔结构的动力性状决定了其风振系数不能采用我国规范中的方法来计算。制作气弹性模型进行了动力性状、脉动风作用下位移响应、加速度响应、扭转响应、气动力稳定性等问题的相关试验,计算得到了风振系数,分析了风速、风向角、风机、周围建筑物等因素对风振系数的影响,给出了风振系数的建议值。将试验结果与其他方法计算的结果进行了对比分析,结果表明,试验结果偏大,符合风洞试验原理。研究结果为工程设计提供了基础资料,可供同类工程参考。     

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。     

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。     

耐震时程法在高墩刚构桥抗震分析中的应用

耐震时程法是一种新的基于时域的动力弹塑性抗震分析方法,与其他抗震方法相比,耐震时程法在大型复杂结构非线性分析时极具优势。以一座典型高墩刚构桥为例,介绍了耐震时程法的概念、基于桥梁抗震规范反应谱的耐震时程波生成方法及其在桥梁抗震分析中的应用,并且提出了符合高墩桥梁实际的计算Park-Ang损伤指数加权系数的方法。结果表明:耐震时程法预测柔性桥梁结构地震响应是合理的,宏观上表现为传统非线性分析响应的均值;耐震时程法分析时输入结构的能量与中等持时的天然波能量相比偏大,评估桥梁地震损伤时较为保守;耐震时程法用于设计初期桥梁方案比选时,只需1次非线性分析即可高效评估不同桥型抗震性能。     

层状半空间中沉积谷地对入射SV波的放大作用——时域解答

利用傅里叶变换方法,研究了层状半空间中沉积谷地对SV波的时域散射问题。首先,通过傅里叶变换将时域问题转换为离散的频域问题,针对有效频率成分采用间接边界元方法求解频域响应,再将所得频域结果进行傅里叶逆变换得到时域解答。通过与已有结果的对比,验证了方法的正确性。最后,以基岩上单一土层中沉积谷地在R icker波入射下的散射问题为例进行了数值计算分析,结果表明,沉积谷地和土层的存在都会造成振动持续时间的增长;层状半空间中沉积谷地和均匀半空间中沉积谷地对波的放大作用存在显著差别。文中分析了造成该差别的原因,并讨论了覆盖层厚度和刚度对散射效应的影响。     

沉井加桩复合基础水平动力响应特性

沉井加桩复合基础是一种结合沉井及群桩各自优点形成的新型跨江海桥梁深水基础型式。在复杂的江海环境下,基础将承受强风、波浪及地震等引起的水平动荷载作用,其水平动力特性研究是复合基础合理设计施工和推广应用的重要保证。基于动力Winkler模型分别提出了沉井加桩基础的频域非线性及时域非线性计算方法,并同有限元对比验证了简化方法的正确性。通过算例进一步分析了冲刷对沉井加桩基础动力特性的影响规律,结果表明,土体应力历史及土体非线性对复合基础动力阻抗、共振幅值及频率均有显著影响。     

层间隔震结构简化模型地震响应计算方法研究

建立了层间隔震结构双质点系简化计算模型,研究了简化模型的动力特性及地震响应对模型质量比、周期比的敏感性,推导了模型参数的简化算式,提出了基于非比例阻尼的层间隔震结构的简化计算方法,并用实例验证了方法的可靠性和实用性。结果表明:层间隔震结构的动力特性与上下部结构质量比及周期比密切相关,并且可以反映层间隔震的高阶振型特点。利用本文提出的简化计算方法,可快速估计层间隔震结构的地震响应,方法概念清晰、计算简单且具有一定精度。     

基于离散时间传递矩阵法的变截面刚构桥-地震时程分析方法

为提高变截面刚构桥地震动力时程分析的计算效率,提出了基于离散时间传递矩阵法的时程算法。首先,从欧拉梁的动平衡方程出发,结合逐步时间积分法的线性化方法,基于离散时间传递矩阵法推导了欧拉梁的单元传递矩阵;然后,将变截面刚构桥离散为平面杆系结构,依据张量变换原理将单元状态矢量转换至整体坐标系下,借助分叉点处的协调条件和平衡条件建立了离散体系的整体传递矩阵;最后,借助数值仿真软件,考虑地震荷载的多点输入影响,采用逐步数值迭代求解的方式实现了变截面刚构桥的地震动力时程分析。以某变截面刚构桥为算例完成仿真计算,并与有限元法就数值计算精度和计算效率进行了对比讨论,分析结果论证了本文所提算法的有效性和高效性。     

地表移动动态实时模拟及可视化

将地表动态沉陷变形过程划分为两个阶段,提出了经验比例系数,以此为基础对地表移动动态基本微分方程式进行修正,解决了原有时间函数模拟曲线与实际情况不符的问题。通过观测站实测数据和改进的时间函数,采用visual C++面向对象可视化编程进行前台处理,采用Access数据库管理系统进行后台管理,利用MFC ODBC类实现前台和后台之间的通讯,建立了基于客户机/服务器模式下的地表移动动态实时观测系统。计算结果表明,该方法能反映地表移动的动态特征,对指导开采设计和选择地面建筑物保护措施具有较大的实用价值。     

场地动力特性对衬砌隧道地震反应的影响

采用间接边界元法(IBEM),研究了平面SV波入射下场地动力特性对衬砌隧道地震反应的影响问题。充分利用半空间格林函数和全空间格林函数在分别构造含孔半无限空间域和闭合域内散射波场方面的优势,将含有衬砌隧道的层状半空间分解为含孔层状半无限空间域和一个环形衬砌闭合域。在半无限空间域孔洞边界和闭合域边界各单元上分别施加虚拟均布荷载,进而求得半空间和全空间域内的位移、应力格林函数,然后根据边界条件确定虚拟均布荷载密度,最后求得衬砌内表面动应力集中系数。验证了方法的正确性,并以基岩上单一土层和基岩上三层土为例,计算分析了层状弹性半空间中隧道衬砌内表面动应力集中系数。结果表明,随着基岩土层刚度比的增大,动应力集中系数峰值减小;随着土层厚度增大,动应力集中系数峰值总体上呈减小趋势;对于不同土层层序,动应力集中系数峰值明显不同。     

用独立分量分析方法实现地震转换波与多次反射波分离

独立分量分析(ICA)是新兴的一种统计学方法。其目的是寻求对非高斯分布数据进行有效表示,使得各个基分量在统计学意义上独立,或者尽最大可能独立。这种表示意在获取数据的基本结构,可有效实现特征提取和信号分离。本文概述ICA的基本理论和快速算法,并在分析地震记录特点的基础上,阐明采用ICA方法可以实现对沉积地区远震记录中转换波和多次反射波的分离。研究结果表明,ICA方法可有效地分离地震转换波和多次反射波,并由此获得较为合理的地下间断面初步解释结果,从而有利于扩展接收函数技术的应用。     

基于小波变换和极点对称模态分解对近断层多脉冲地震动的联合分析研究*

提出一种基于连续小波变换和极点对称模态分解的针对分析非线性非平稳类型的近断层多脉冲地震动信号的联合方法,并介绍了该方法的基本原理和分析优势。利用Matlab平台编制了联合分析程序并针对台站实际地震记录进行了实例分析,得到本征模态函数及瞬时频率,并与经验模态分解方法和小波分解方法分解结果对比。结果表明:(1)该方法不需要人工设定优筛分次数以及分析频率范围;(2)通过方差比率分布曲线能够自适应地确定最优筛分次数,并给出全局最优均值曲线;(3)通过直接积分法能够确定本征模态函数的瞬时频率,直接积分法和Hilbert方法的分析结果基本吻合,但直接积分方法在分析效率方面更突出;(4)实例地震动信号在得到的脉冲能量最强方向上的速度时程幅值较原记录的两个水平向速度幅值增大了50%;(5)该方法针对实例地震动在能量最强方向上抽取的脉冲分量峰值与原信号相差仅0.56%。     

地震持时和安全阈值对结构抗震可靠度的影响研究*

为深入掌握结构在地震作用下的可靠性,研究地震激励时间及安全界限对结构抗震可靠性的影响。基于Matlab,首先对结构在高斯过滤白噪声地震动模型(Kanai-Tajimi谱)激励下的随机响应进行了分析,然后分别采用泊松过程法、马尔科夫过程法、瑞利极值分布法对结构随机响应过程超越安全界限的概率进行了计算,三者结果基本接近,较可靠地反映出结构动力可靠度变化规律。结果表明,结构动力可靠度随激励时间的增长而下降,当安全界限大于某确定值时,动力可靠度与激励时间的关系接近于线性,当安全界限小于该值时,动力可靠度与激励时间呈二次非线性关系;结构动力可靠度随安全界限增大而增大,激励时间越长,动力可靠度与安全界限关系曲线越陡,激励时间越短,动力可靠度与安全界限关系曲线越平缓。