含孔洞封闭性薄膜结构的自振特性分析模型

本文初步分析了薄膜结构与风环境的静力耦合作用对薄膜结构自振特性的影响．以静力耦合模型为基础将含孔洞封闭性薄膜结构等效成一个刚性活塞，分别对无阻尼和有阻尼时薄膜屋盖的自振特性进行了分析．     

薄膜结构附加质量的计算方法

薄膜结构与风环境之间存在着较强的耦合作用，并且这种耦合作用往往是薄膜结构动力稳定的决定性影响因素．附加质量是表征这种耦合作用的主要参数之一．本文以薄膜结构与风环境的静力耦合模型为基础，给出了附加质量的三种计算方法：势流理论法、简化流体力学模型法以及基于声学理论的有限元法，并对它们的适用范围进行了初步分析，为薄膜结构的风致动力效应研究奠定了基础．     

风与张拉薄膜结构的耦合作用

张拉薄膜结构具有自重轻、刚度小的特点 ,因而属于风敏感结构。作用在张拉薄膜结构上的风荷载除与气流本身的特性有关外 ,还与结构在风荷载作用下的位移、速度等有关 ,从而引起附加的气动刚度 (或附加质量 )和气动阻尼。因此 ,在研究张拉薄膜结构的风致动力效应时 ,必须考虑风与结构的耦合作用。为此 ,对张拉薄膜结构的风振研究方法进行了总结 ,主要介绍了考虑风与结构耦合作用的简化气弹力学模型方法 ,并介绍了两个简化气弹性模型试验     

考虑人-结构耦合作用的室内大跨钢连廊振动舒适度分析

大跨钢结构连廊质量小、结构柔、阻尼低,其动力特性及响应易受行人影响,为此围绕人-结构耦合作用对大跨钢连廊振动舒适度的影响开展研究.首先,引入两类单自由度人体动力模型,建立人-结构耦合动力模型,并确定人体模型关键参数.随后,基于课题组前期获取的谐波参数,模拟了单人步行荷载,进一步结合人群密度和步频关系,对大跨钢连廊的人群荷载进行了模拟.最后,以苏州文博中心观光连廊为例,对比分析了人-结构耦合作用对大跨钢连廊结构动力特性和振动响应的影响.结果表明,在考虑人-结构耦合作用后,结构的峰值加速度有一定程度减小,最大可达22.51％;人群的步行频率与结构的第1阶竖向自振频率接近或成倍频关系时易产生共振响应;人群密度的不同将影响行人步频,从而会导致对人-结构耦合作用效果的影响.     

吊顶系统自振特性分析及试验研究

为研究上部支承结构和吊杆构造对吊顶自振特性的影响,对一个每层附有吊顶的空间钢框架进行了振动台试验。通过快速傅里叶变换(FFT)和随机子空间识别(SSI)两种模态识别方法获得了吊顶系统的自振频率和阻尼比,给出了吊顶阻尼比的建议值为2%~5%。对主附结构（上部支承结构+吊顶）的自振特性进行了数值模拟,结果表明：吊杆构造形式对吊顶的第1阶水平和竖向模态没有明显影响,上部支承结构自振频率的不同会对吊顶的竖向模态产生影响,而对水平模态没有明显影响。通过改变上部支承结构的截面尺寸和附加质量对主附结构的竖向模态进行了参数化分析,得到仅考虑附加吊顶质量的上部支承结构的第1阶竖向自振频率小于不考虑上部支承结构影响的吊顶第1阶竖向自振频率fb时,主附结构的第1阶竖向振型表现为上部支承结构和吊顶的整体振动,而大于fb时,第1阶竖向振型表现为吊顶的独立振动。     

薄膜结构的风致动力效应初探

由于自重轻、刚度小、距度大且具有对风荷载的敏感性，薄膜结构可能会在风荷载作用下发生破坏，其风致动力效应是从事薄膜结构研究和工程实践人员关心的问题。本文主要总结和介绍了国外在相关研究领域的进展和成果，包括薄膜结构自振特性测试结果，薄膜结构风致动力效应风洞实验结果，以及关于薄膜结构颤振失稳的讨论。     

环境介质对大跨斜拉桥动力特性的影响

实际的桥梁结构并非位于真空环境下．随着斜拉桥跨径的增大,其几何变形与质量分布状态都会随着周围环境介质的变化而变化,从而影响到结构的动力特性。从桥梁结构动力特性平衡方程出发,综合考虑静风效应、温度效应及深水效应3种环境介质对动力特性方程中的{M}矩阵和{K}矩阵改变的影响,以在建的某大跨斜拉桥为工程背景,建立动力特性分析有限元模型,分析了该桥动力特性随周围环境介质影响的变化规律。分析研究表明：较高风速下,结构自振频率急剧降低,且伴随着强烈的振型耦合现象;水效应引起的附加质量矩阵使结构的自振频率略有降低;温度效应变化对结构自振频率影响不明显,分析时可以忽略不计。     

薄膜结构与风环境的流固耦合作用

薄膜结构与风环境之间存在着较强的流固耦合使用，并且这种耦合作用往往对薄膜结构的振动起控制作用。本将两的耦合作用分为静力耦合作用和动力耦合作用，分别建立了静力耦合模型和简化气弹模型，并对所涉及的几个因素进行了初步分析，为了下一步的风洞试验研究奠定了理论基础。     

流固耦合作用下膜结构振动频率研究

膜结构由于自身的特殊性,其流固耦合作用较为明显。考虑到流固耦合问题的复杂性,采用简化气弹模型对其进行简化计算,并对薄膜在静风和来流风作用下的振动频率进行数值分析研究。对于开敞式薄膜结构,以升力面理论为基础,通过涡格法近似求解开敞式薄膜的振动频率;对于封闭式薄膜结构,基于势流理论建立空气与结构相互耦合的动力平衡方程,通过边界元与有限元方法求解封闭式薄膜结构振动频率。采用上述方法的计算结果与已有试验结果对比表明:所采用的分析方法适合于膜结构振动频率分析。通过对开敞式和封闭式薄膜在来流风下的振动频率特性进行研究可知,附加质量是影响薄膜结构振动频率的主要因素,附加质量随风速增大而增大,从而导致振动频率下降;封闭式薄膜的附加质量大于开敞式薄膜的附加质量,而开敞式薄膜的振动频率却没有比封闭式的大,这说明气承刚度对封闭式薄膜振动频率的影响不可忽视。     

高层建筑结构扭转耦联振动自振特性的超元法

提出了高层建筑结构扭转耦联振动自振特性简化计算的超元法,将纵横向各片抗侧力结构简化处理成一根等效柱,空间协同分析时,采用超元法(每个单元由多根杆组成)计算等效柱的侧移刚度矩阵,即得各片抗侧力结构的侧移刚度矩阵,从而组集整个结构的侧移刚度矩阵和扭转刚度矩阵,然后,代入扭转耦联无阻尼自由振动方程,用现有数值分析方法可方便求出结构的自振特性.该法自由度成数倍减少,不论是框架、框-剪结构,还是剪力墙结构,计算侧移刚度矩阵具有统一算式,计算简便.