高层建筑的顺风向风振响应分析及舒适度研究

根据性能设计的要求,高层建筑的抗风设计需要考虑人员舒适性要求。本文提出了用于结构顺风向风振响应分析的广义脉冲响应函数法,用来计算随机激励和结构响应之间的传递函数,这样就可以计算高层建筑结构在风荷载作用下的动力响应特性,并用动力可靠度计算结构在脉动风荷载作用下的舒适度失效概率。     

盾构隧道纵向地震响应简化动力有限元法分析(英文)

本文重点关注对盾构隧道的纵向地震响应分析方法的研究,提出了一种简化的动力有限元分析方法。这种方法采纳了响应位移法的一些基本思想,采用和响应位移法一样的环梁和土弹簧模型,但采用动力有限元法来评估地基地震动,而摒弃了响应位移法中采用的地基振动为谐波形式的假定。与响应位移法相比,简化动力有限元法能够提高地基震动的计算精度,从而提高结构响应的计算精度;而与三维连续模型相比,新方法的计算规模小得多,从而能够大幅提高计算效率。然后,本文分别采用相应位移法和新提出的简化动力有限元法,对武汉长江隧道盾构段隧道进行了纵向地震响应分析,并对这2种方法计算结果的差异进行了分析。     

无矩阵迭代法在膜结构风振耦合分析中的应用

提出在采用浸入物体法(IOM)对膜结构和空气流体建模时,可以采用带有预定条件的无矩阵Newton-Krylov迭代算法求解浸入物体法,并引入了预定条件矩阵。将提出的无矩阵迭代方法应用于一双坡型膜结构的风振耦合分析中,得出了结构的风压和风速分布,并对带有预定条件和不带预定条件的无矩阵迭代算法进行了对比。结果表明,将带有预定条件的无矩阵迭代算法应用于膜结构风振的耦合分析中,可以得到准确结果,并使计算效率大大提高。     

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。     

高层建筑弹塑性地震反应分析的状态递归法

本文将状态递归法与Newmark-β法和Wilson-θ法结合用于高层建筑非线性地震反应分析,给出了时程分析的状态递归方程及求解方法。 算例表明本文方法具有节省计算机内存、计算效率高、计算结果可靠等优点,是一种便于使用微型计算机解算高层建筑非线性地震反应分析的方法。     

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。     

组合网壳屋盖结构风振响应分析及等效静风荷载

结合惠州会议展览中心风洞试验结果,对波浪形组合网壳结构的风荷载和风振响应进行了分析,包括:24个风向角下屋盖荷载分布特性分析;结构整体和局部的自振特性分析;根据风洞试验结果对6个风向角(0°、30°、45°、90°、135°和180°)进行结构的风致动力响应分析.根据风振响应分析结果,基于响应的不同振动特点,提出将屋盖...     

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。     

基于条分模式的边坡可靠度近似计算方法

通过对边坡稳定分析方法中的条分理论和响应面法的研究,针对边坡可靠性计算往往没有明确的解析表达式,以及稳定性系数计算方法和响应面法(RSM)的特点,将响应面法中的有限元数值模拟以条分模式中的稳定性系数隐式方程的迭代计算方法代替,建立了条分模式下的边坡可靠性计算的极限状态方程,从而形成了一种新的边坡稳定可靠性响应面分析方法。本文提出的改进的响应面法原理简单,计算效率较高并具有一定的精度,适用于对边坡可靠度的近似计算。     

基于反应谱法的多点激励下桥梁结构抗震可靠性分析

基于随机振动理论,利用多点非一致地震力激励理论方法,分析了大跨度桥梁结构的抗震可靠度反应谱计算方法,并且给出结构峰值反应的均值、标准差计算公式,克服了既有设计方法不能给出标准差而无法直接进行可靠性分析的缺点,并利用简化后的复杂参数分析方法,在保证数据准确性的同时提高了计算效率。最后,以一刚构桥为例,对多点激励下桥梁结构抗震可靠度反应谱法加以计算,并与一致激励下的结果相比较,从而说明本文方法的可靠性。     

RC框架结构地震倒塌风险近似评价方法的精度对比

增量动力分析方法(IDA)是目前评价RC框架结构抗地震倒塌能力最精确的方法,但是计算量大、耗时长,在工程实际中难于应用。现阶段已经提出了多种简化评价方法,可显著提高工作效率,便于工程人员应用,但是对其精度缺乏合理评价。本文介绍了三种常用的简化评估方法,基于静力推覆分析和塑性需求曲线方法;基于静力推覆分析并利用抗倒塌储备系数(CMR)与位移安全储备系数关系方法;基于抗倒塌能力谱法,用这三种方法计算了6个RC框架结构在罕遇地震下的CMR和倒塌率,并与其IDA计算结果进行对比,分析了三种简化评估方法的精度。结果表明三种简化计算方法中基于静力推覆分析和塑性需求曲线方法精度最高,基于静力推覆分析并利用抗倒塌储备系数(CMR)与位移安全储备系数关系方法和基于抗倒塌能力谱法计算更简单快捷。     

二级近似加速度法的精度研究

详细介绍了二级近似加速度法的推导思路,从理论上可以看出它有三阶精度。通过在MATLAB上运行编制的程序,实现了二级近似加速度法在结构动力时程分析中的应用。在单自由度体系和多自由度体系中输入十条地震波后发现:在步长取相同值的情况下,本文方法绝大部分的平均相对误差要小于Wilson-θ法。也就是说要达到相同的精度,二级近似加速度法需要迭代的次数更少,因此收敛速度更快。另外,理论上精度高的算法不一定在任何情况下都比精度较低的算法表现好,算法的精度与步长大小、荷载复杂程度、振幅衰减率和周期延长率都有关系。以上研究为在实际工程应用中选取高精度的逐步积分算法提供参考。     

基于阻力系数法的铁路隧道活塞风速计算理论对比∗

活塞风对铁路隧道通风及隧道环境控制(热害和冻害)影响重大,可靠地计算活塞风速大小是解决有关活塞风安全问题的关键。首先修正了《规范》中活塞风作用系数的计算方法,其次对比分析了不同活塞风作用系数计算方法,最后基于数值模拟及现场测试结果,对比测试值、模拟值、不同理论计算值之间的差异。结果表明：定值法与 《规范》法的计算结果相近,且这 2 种计算方法得到的活塞风速要远高于其他的计算方法。隧道断面对定值法和《规范》法的计算结果影响不大,但对《规范》修正法影响显著。《规范》修正法及依杰里奇克法得到的计算结果均高于数值模拟及测试结果,依杰里奇克法误差较小(最大不超过 33%),而《规范》修正法的最大误差高达 65%。     

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。     

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。     

基于改进的线性滤波自回归模型法的大跨空间结构风荷载模拟

为了准确模拟大跨空间结构的风荷载,提出了改进的线性滤波自回归模型(Auto-Regressive model)法。该方法基于传统线性滤波自回归模型,通过高斯-赛德尔(Gauss-Seidel)迭代法求解大跨空间结构风荷载模拟中的回归系数矩阵,进而对大跨空间结构的风荷载进行模拟。结果表明:改进的线性滤波AR模型法解决了自由度过大导致的回归系数矩阵不正定的问题;能够有效地模拟具有空间相关性、时间相关性的节点脉动风速时程,模拟精度、速度和计算稳定性均满足实际工程应用要求。     

传感器布设中有效独立法的简捷快速算法

本文提出一个通过正交三角分解快速计算有效独立法系数的方法。有效独立法是传感器布设中影响最广泛的一种方法,它使目标模态尽可能线性独立。传统的有效独立法计算需要对信息阵进行特征值分解或者计算矩阵逆,计算量较大。本文在笔者以前得出的有效独立法与模态动能法关系的基础上,提出先通过对模态矩阵进行正交三角分解(QR),然后比较其行范数即可得到有效独立法的系数,进而对各待选传感器位置进行排序并迭代依次删除。在待选传感器位置比感兴趣的模态数较多时,该法的计算效率明显提高。同时,采用正交三角分解删除一行后的更新算法,进一步提高了迭代计算的效率。最后通过I-40桥的算例表明该法的有效性。     

随机结构地震作用下的可靠度计算方法

提出了Gauss-legendre积分与Edgeworth级数相结合求解随机结构在确定性地震激励下结构响应的统计矩与动力可靠度。通过对一典型工程结构算例进行分析,仿真结果表明:Gauss-legendre积分计算地震作用下随机结构响应的可靠度具有较高的精度,在维数不超过4维时具有较高的计算效率;通过Gauss-legendre积分结合Edgeworth级数的方法,求解地震作用下随机结构计算简便,只需简单计算即可得到接近Monte-Carlo计算的精度,而且计算效率较高,适用于多变量实际工程结构的可靠度分析。     

基于位移-速度输入法结构多点激励FPS支座隔震效果研究

受行波效应、相干效应、场地效应的影响,大跨度结构的多点激励地震反应分析非常复杂,且考虑多点激励下对大跨空间网格结构隔震性能的影响是结构工程抗震方向中有重大意义的研究课题。以单层圆柱面大跨度空间网架结构为研究对象,基于直接位移法,应用SAP2000有限元软件建立了多点激励动力反应时程分析模型,进行结构在地震动一致激励和多点激励作用下的动力反应分析计算。结果表明：水平地震动多点激励效应对大跨度空间结构的影响十分显著,需采取使用多点激励输入方式。不设置隔震支座时,多点激励下,支撑柱弯矩与剪力随波速的减小而明显增加,柱顶位移变小,中柱轴力略微上升。基础隔震时,各支撑柱柱顶内力与位移的分配较无隔震时存在差异。边柱的弯矩、剪力及轴力均小于中柱的相应值,但柱顶位移增加明显。柱弯矩减震效率保持在45%～75%,柱剪力减震效率保持在60%～85%;柱顶隔震时,能得到比基础隔震更高的隔震效率,且柱弯矩隔震效率高达90%左右,柱剪力隔震效率保持在85%～90%。柱顶位移显著减小,柱轴力比基础隔震时略有增加。     

长周期地震动作用下大型立式储罐晃动波高问题研究

大型立式储罐储液受地震作用晃动波高问题是储罐抗震设计的重要指标,该指标的设计是否合理直接关系到储罐在地震作用下的安全性能,特别大型储罐在长周期地震动激励下会产生大幅晃动,对储罐本身和周围环境构成重大威胁。因此,针对长周期地震动作用下立式储罐的晃动效应,本文进行了各国规范之间的对比、振动台试验、数值仿真的研究。结果表明:中、美、欧、日储罐抗震规范在适用范围、场地分类、设防基准和反应谱等方面存在差异,但规范波高计算值相差不大,满足了对中短周期地震动激励波高的设防要求,对长周期地震动激励波高设防明显不足;储罐在含有丰富长周期波形的地震波作用下,产生的试验波高较大,且随地震动峰值加速度的增加呈一定的线性增加;利用傅里叶谱卓越周期作为频谱特性参数来拟合波高具有可行性,并与激励波高由一定趋势的函数关系;选用傅里叶谱低频幅值占比率λ进行长周期地震波界定,并运用多阶振型叠加SRSS方法进行规范波高公式修正,计算结果对长周期地震动激励波高有较高的设防。