张弦巨型网格结构动力特性研究

针对由张弦梁概念和巨型网格结构组合而成的一种新型超大跨空间结构,通过模态分析研究结构的动力特性,首先将主体结构单独承载和子结构协同承载两种情况下张弦巨型网格结构的前12阶自振周期及相应振型进行比较,然后对结构首阶各向振型的出现次序及相应自振周期进行了主体结构矢跨比、桁架梁高度、撑杆长度、预应力大小等一系列参数分析并与未布索结构作对比,详细研究了结构各方向刚度随不同参数改变时的变化情况。结果表明,主体结构单独承载时结构的纵向刚度最弱,子结构的引入能够极大地增强结构水平纵向刚度;预应力体系的引入可以显著提高结构的拱向及竖向刚度。为保证预应力提高结构竖向刚度的效果,主体结构应取较大矢跨比,且桁架梁高度的取值不宜太大。     

近场地震下评估单层网壳响应的地震动强度参数分析

为了选取近场地震动作用下适于评估单层网壳结构响应的地震动强度参数,以3个矢跨比不同的单层球面网壳和5个矢跨比、长宽比不同的单层柱面网壳为模型,从相关性、有效性及充分性3个方面对多个地震动强度参数进行分析评价。结果表明,对于单层球面网壳结构,水平向的相关系数大于竖向的相关系数.加速度反应谱值S_a(T_1)和S_a(T_2)为近场地震动作用下适于评估单层球面网壳结构响应的地震动强度参数;对于单层柱面网壳结构,跨度方向的相关系数大于长度方向和竖向的相关系数,近场地震动作用下适于评估单层柱面网壳结构响应的地震动强度参数为S_a(T)、速度反应谱值S_v(T)和位移反应谱值S_d(T),当单层柱面网壳的长宽比和矢跨比较大时,T应取第一阶振型的自振周期T_1,当单层柱面网壳的长宽比和矢跨比较小时,T应取第二、三阶振型的自振周期T_2和T_3。     

多点激励下圆柱面巨型网格结构地震响应分析

空间相关性对大跨度空间结构的影响不容忽视。本文采用动力时程分析方法对圆柱面巨型网格结构进行了多点激励下的地震响应分析,并与一致激励下的结构地震响应进行对比,探讨了主体结构单独承载和子结构参与协同承载这2种情况下,不同行波激励对结构关键节点和杆件响应的影响及其变化特点;通过比较分析结构在多点激励和一致激励下的响应差异,得出圆柱面巨型网格结构在地震输入时需考虑多点激励的结论,可供该类结构的抗震设计参考。     

基于几何参数的优化对双层柱面网壳结构动力性能的影响

以双层柱面网壳为研究对象,采用参数化设计语言APDL对AN SY S进行二次开发,实现了任意跨度双层柱面网壳的自动建模、加载、施加约束及求解。借此平台对柱面网壳结构进行模态和地震反应分析。首先,分析了结构自振特性随几何参数变化的特点,研究了结构的基频随矢跨比和网壳厚度的变化规律,结果表明,当矢跨比在1/3.6~1/5该范围内,结构的整体刚度较大;网壳厚度在1.8~2.1 m时,网壳整体刚度较大;对于矢跨比一定的网壳,随着厚度的增加,杆件的动内力大多增加,横向弦杆的二维与单维动内力比值有所增加,而纵向弦杆的二维与单维动内力则变化不大。然后,对网壳进行不同几何参数下的地震反应分析,给出了最大节点位移和最大杆件轴应力随几何参数变化的时程响应曲线,揭示了这类网壳的地震反应特点。     

双肢剪力墙考虑剪切变形和转动惯量时的自振周期

剪力墙结构在水平振动时的自振周期是确定地震作用时首要的动力特性参数.以双肢剪力墙为例,按是否考虑剪切变形和转动惯量的影响分成两种方法,根据结构自由振动微分方程及其自振周期公式,计算比较了不同墙肢宽高比下两种方法的计算结果,分析了剪切变形和转动惯量对结构自振周期的影响.计算结果表明:考虑剪切变形和转动惯量时,双肢剪力墙结构自振周期增加,且随着振型的提高自振周期涨幅增大;当左右墙肢宽度相等,墙肢宽高比大于等于1/7、1/9和1/12时,相应地计算结构第一、第二和第三自振周期时不能忽略剪切变形和转动惯量的影响.     

下部结构对大跨空间枢纽结构地震响应的放大效应分析∗

大跨空间枢纽结构是重要的城市生命线工程,地震作用下一旦发生破坏将造成巨大的社会影响。与传统大跨空间结构不同,大跨空间枢纽结构除上部屋盖结构外,还建有刚度较大的下部结构,整体结构形式复杂。因此针对大跨空间枢纽结构的特点,选取了典型的大跨空间网架枢纽结构和管桁架枢纽结构,采用有限元软件ABAQUS分析了下部结构对大跨空间枢纽结构地震响应的影响规律及机理。结果表明,相比仅考虑屋盖结构,考虑下部结构时大跨空间枢纽结构自振频率相比仅考虑屋盖结构时明显降低,结构前十阶自振频率最大相差约20.2%。此外,考虑下部结构会使大跨空间枢纽结构屋盖的动力响应明显增大,屋盖节点的三向加速度响应相比仅考虑屋盖结构时增大约15.8%～248.6%,节点三向相对位移响应增大约3.8%～453.1%,杆件应力增大约0.1%～125.1%,因此在设计时有必要对大跨空间枢纽结构进行整体结构计算分析。     

非规则多跨简支梁桥纵向地震反应及参数影响分析

考虑支座非线性和桥墩弹塑性的影响,建立了不等墩高5跨非规则简支梁桥的有限元模型。采用非线性时程分析方法计算了不同地震波输入下多跨简支梁桥的纵向地震反应,研究了非规则多跨简支梁桥邻跨刚度比及上部结构间相互碰撞效应对桥梁纵向地震位移反应和内力反应的影响规律。研究表明,邻跨刚度比对非规则多跨简支梁桥的桥墩剪力、墩底弯矩、墩顶位移、梁体位移、墩梁间相对位移及主梁间相对位移有着显著的影响,并且邻跨刚度相差越大,影响越为显著,更容易使上部梁体发生落梁破坏;考虑桥梁上部结构碰撞效应时,邻跨比对桥梁结构反应的影响受地震波的影响较大,碰撞未必加剧落梁破坏。     

基于子结构频率匹配机制的城市综合体高层结构分层隔震性能研究∗

为实现城市综合体高层结构"可恢复功能"防震目标,建立了综合体高层结构分层隔震体系,以应对裙房-塔楼结合部刚度突变对整体结构动力特性的不利影响,缓解(超)高层塔楼因高宽比过大导致隔震应用受限的问题。基于振型参数分析假定裙房部分侧移形状函数,在此基础上建立整体系统简化动力学模型,通过求解频率响应传递函数,建立子结构间频率匹配关系,调整各子结构频率以优化整体结构动力特性,开展有限元分析验证综合体高层结构分层隔震机制。结果表明:与抗震及单层隔震相比,双层隔震能更有效地控制结构地震响应,基于子结构间频率匹配关系可优化结构整体地震动特性,因此,分层隔震体系是一种适用于复杂、高耸结构的有效防震手段。     

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。     

近断层地震动下预制拼装桥墩桥梁结构碰撞响应分析∗

为研究近断层地震下预制拼装桥墩桥梁结构的碰撞响应及影响碰撞的参数,基于 OpenSees 有限元分析软件,建立一座五跨预制拼装桥墩桥梁分析模型,选取 8 组近断层脉冲型地震动对桥梁进行非线性动力时程分析;探究了碰撞效应对桥梁地震响应的影响及节段数目、节段长度、初始预应力、接缝刚度等参数对桥梁碰撞效应的影响。结果表明：桥梁碰撞效应可以减小桥梁震时最大位移和震后残余位移,碰撞效应可以减小下部预制拼装桥墩地震中预应力筋的最大预应力、接缝最大竖向压力,但不能改变接缝水平剪力的大小;碰撞主要发生于桥梁中部伸缩缝处,中部伸缩缝碰撞力和碰撞次数均明显大于两侧边伸缩缝;增加预制拼装桥墩的节段数目可以减小桥梁的震时最大位移,但会增大桥梁的碰撞力和碰撞次数,其中 6 个节段时主梁中缝、左边缝和右边缝最大碰撞力比 3 个节段时分别增大约 38.8%、36.5% 和 33.3%;初始预应力的大小对桥梁碰撞效应影响较小;引入的系数 δ 可以有效控制桥墩干接缝的刚度,δ 增大时桥墩接缝刚度增大,接缝张开量减小,桥墩接缝耗能能力增强,桥梁碰撞力减小。     

竖向不规则钢-混凝土混合框架静力非线性分析

根据高阶振型对结构位移的贡献,提出基于多振型侧向力分布形式用于竖向不规则结构的静力非线性分析。通过静力非线性分析和动力时程分析结果的对比,验证了侧向力分布形式的准确性。为研究不规则程度对混合结构非线性行为和破坏模式的影响,改变混凝土框架的刚度和强度形成6个竖向不规则混合结构。通过对不规则混合结构层间能力系数的计算,初步判断混合结构刚度和强度的竖向不规则分布特征,评估可能存在的薄弱层和结构破坏模式。采用所提出的侧向力分布形式分别对结构模型进行静力非线性分析,得到混合结构模型的塑性铰开展特征和层间位移角分布,结果表明:混合结构刚度和强度的不规则程度直接影响结构非线性行为和破坏模式,较均匀的层间能力系数分布能够避免结构中出现明显的薄弱层,使结构破坏模式更加合理。     

光伏发电有功自动控制技术

进行了两根足尺预应力型钢混凝土简支梁在火灾高温和竖向恒定加载耦合作用下的耐火性能试验,分析了试验梁的温度场分布规律、竖向变形特点和承载性能劣化过程。通过在试验梁端部预设压力传感器,实测了升温过程中梁端部预压力与升温时间的关系曲线。试验结果表明,预压力对火灾高温作用较为敏感,当标准升温100 min时预压力已降至初始预压力的一半,试验中一根梁出现了侧向弯曲变形。因此,对于预应力混凝土结构,火灾高温作用下应考虑构件可能的侧向变形影响。     

脱硝钢架表面体型系数及风致响应分析∗

火电厂中的脱硝钢架由于其高度较高、外形不规则,风荷载是其承受的主要荷载之一。为确保该类结构风荷载的正确评估,以某典型脱硝钢架为研究对象,基于流固耦合理论,利用数值风洞方法对脱硝钢架结构表面体型系数及风致响应进行了研究。根据刚度与质量等效的原则,提出了复杂脱硝钢架结构连续体模型的简化方法,模型简化前后的 1 阶自振周期与振型接近,可近似模拟原结构的平动情况。风向角的变化对迎风面及变截面处体型系数的影响较大,可以忽略风向角对侧面及顶面体型系数的影响。在 0°风向角工况下,结构的位移与应力极值均显著大于 90°风向角工况。因此,0°风向对于结构而言为相对较不利风向,在脱销钢架整体结构方向布置时应予以避免。     

填充墙对底框结构地震反应的影响

为研究填充墙对底层框架多层砌体房屋地震反应的影响,以典型的填充墙-底层框架多层砌体房屋为基础,建立有限元计算模型并进行了弹塑性动力时程分析。根据不同模型的计算结果以及填充墙的刚度和强度,分析了填充墙对底层框架多层砌体房屋自振周期、地震作用下房屋整体变形、底层框架的损伤以及填充墙与底层框架相互作用的影响。计算结果表明:填充墙对房屋整体地震反应产生明显影响,其影响不能忽略。在上部砌体结构质量和刚度不变的情况下,结构自振周期随着填充墙刚度的增加而降低;随着填充墙与底层框架之间连接作用的增强,结构整体的变形减小,底层框架的损伤增大。当填充墙与底层框架之间采用弱连接时,采用强度较高的填充墙可以提高结构整体的变形能力,从而提高结构整体的抗震能力。     

超大跨度渡槽脉动风频率特性分析

贵州龙场渡槽是我国目前最大的拱跨渡槽,其脉动风频率特性分析对设计工作具有极其重要的指导作用。计算了龙场渡槽在有水、无水工况下的前20阶自振频率,分析了相应的振型;采用极值Ⅰ型概率分布函数,计算得到龙场渡槽所在地的50年一遇最大设计风速为17.6m/s;针对1986～2010年间的3次强风风速和50年一遇最大设计风速,计算了龙场渡槽所在地典型高程处的脉动风功率谱密度。研究表明:在同一高度,随着年平均最大风速的增加,功率谱密度最大值逐渐增大,其对应的频率也在增大;对于同一风速,随着高度的增加,功率谱密度的最大值逐渐增大,其对应的频率也在增大。通过比较龙场渡槽自振频率与脉动风功率谱密度显著值所对应的频率,认为龙场渡槽在上述风速下不会发生共振现象。     

茅草街大桥主桥的地震反应分析

以湖南茅草街大桥为研究对象,采用大型有限元分析软件ANSYS建立了该钢管混凝土系杆拱桥的三维有限元模型并对其进行模态分析,在此基础上运用反应谱法计算了该桥的纵向、横向和竖向地震响应,探讨了主要结构参数对中承式钢管混凝土系杆拱桥地震响应的影响,可为大跨钢管混凝土拱桥的抗震设计提供理论参考。     

大跨人行过街天桥利用MTMD减振控制的理论分析

大跨人行天桥的自振频率通常比较低,与人行走时的频率接近,因此行人通过天桥时容易产生竖向共振,影响天桥的正常使用。本文研究多重调谐质量阻尼(MTMD)系统对大跨人行过街天桥竖向振动的控制作用,首先建立起天桥-MTMD系统的分析模型,推导出系统的传递函数及动力放大系数的数学表达式,继而分析了TMD的数量、阻尼比和频带宽等参数对结构的动力放大系数的影响,为实际工程结构设计MTMD减振系统时提供参考。以沈阳某大跨人行天桥为例,进行MTMD优化设置后,能有效减小天桥的受迫振动和自由振动,从而将振动控制在人体的舒适度范围之内。     

基于整体效能的不等跨半刚性连接钢框架梁柱子结构抗倒塌设计∗

不等跨半刚性连接钢框架梁柱子结构在连续倒塌工况下短跨节点由于变形较大而率先发生破坏,结构整体的承载力将快速下降,长跨因失去短跨支持,效能得不到充分发挥。基于增大短跨节点变形能力以提升长跨效能利用的设计理念,针对顶底角钢腹板双角钢半刚性连接节点,探究增加短跨顶底角钢厚度、改变短跨梁翼缘螺栓孔形式等对子结构长短跨抗力机制发展的影响,并通过引入协同工作系数,定量说明长跨效能的发挥程度。结果表明,短跨顶底角钢厚度的增加使得短跨梁机制和悬链线机制提供的抗力明显增大,由于长短跨的协同工作,长跨梁机制和悬链线机制得到进一步发挥;在短跨梁翼缘开设长圆孔,使短跨节点具备更大的变形能力,其倒塌抗力得到提升。针对短跨栓孔长度和顶底角钢厚度的设计可使不等跨梁柱子结构的整体效能得到充分发挥,实现了长短跨协同抵抗外载的理想状态。     

端承桩‑土动力相互作用的频域子结构分析方法∗

对动力荷载作用下桩‐土相互作用问题,将桩和结构等效为一维杆、土体假定为黏弹性介质,提出了一种桩‐土动力相互作用的频域子结构分析方法。首先,基于连续介质力学方法,通过引入势函数对土体振动方程进行解耦, 根据边界条件推导桩周土体位移和应力的表达式,并结合桩‐土耦合连续性条件推导出均质土体中水平抗力表达式。之后,基于有限元方法将桩和结构采用梁单元离散,进一步通过有限元离散得到土体水平抗力与桩位移之间的动力刚度矩阵,并将其与桩和结构的动力刚度矩阵耦合形成耦合有限元方程,从而建立了结构‐桩‐土体系动力响应的频域子结构模型。最后,通过 Abaqus 软件中的三维有限元模型对该方法进行了验证;利用提出的模型分析了土体动力刚度、土体阻尼和土体模型等对结构动力响应的影响,并分析了地震动一致和非一致激励对结构地震响应的影响。     

矩形柱体地震动水压力的附加质量简化模型∗

针对矩形柱体在水中的振动问题,提出一种代替水-结构动力相互作用的附加质量模型。基于矩形柱体动水压力的计算公式、自由振动方程、自振频率和振型的计算公式,建立了水中矩形柱体地震动力反应的计算公式;基于柔性结构的一阶频率降低率,建立了矩形柱体柔性运动引起动水力的附加质量简化公式,并给出了水中矩形柱体自振频率的简化计算公式;基于刚性运动引起的动水力,建立了矩形柱体刚性运动引起动水力的附加质量简化公式;建立了地震作用下水中柱体结构的简化分析模型,即分别采用柔性和刚性运动附加质量的简化公式代替相应的水-结构相互作用。