开洞对框架-剪力墙结构自振周期的影响

文章釆用有限元方法研究开洞对框架-剪力墙结构自振周期的影响,提取结构前6阶振型,并结合场地卓越周期分析。研究表明,随着开洞率的增加,第2,第3和第5振型对应的自振频率随着开洞率的增加而减小,其余振型自振频率随着开洞率的增加而增加。当建筑物位于工程地质良好的地基上时,低阶振型均不会与地基土发生共振,若位于工程地质较差的地基上时,则前几阶振型均有可能与地基土发生共振,因此应该避免建筑物位于沼泽或淤泥质土的地基上,必要时可采取地基处理、加大建筑物的基础及其埋深来增加建筑物的整体刚度措施等,使结构振幅减小,减小震害。     

开洞建筑风致内压导纳影响参数研究

对已被风洞试验验证的单空间开洞建筑风致内压控制方程进行多参数影响分析,研究了主开洞大小、背景孔隙、内部体积、脉动外压以及参考风速等对内压导纳函数的影响。研究结果表明:内压导纳峰值随着迎风面主开洞面积的增大而增大,但随着背景孔隙总面积、内部体积、脉动外压系数幅值以及参考风速的增大而减小。Helmholtz共振频率也随着迎风面主开洞面积的增大而增大,随着内部体积的增大而减小,但不受背景孔隙总面积、脉动外压系数幅值、参考风速的影响。     

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。     

带仓顶室筒承式群仓自振特性的实验研究

通过21个有机玻璃试件对带仓顶室简承式群仓的自振特性进行了试验研究,探讨了组合简数、支承筒开洞方向、仓顶室抗侧刚度、贮料量不同时前2阶自振频率及振型的变化规律．试验表明：组合筒数增加,自振频率提高;贮料量增加,自振频率降低;仓顶室刚度变化对贮料满仓时的第一阶段自振频率及振型影响较小,但对第二自振频率影响较大;开洞方向与仓联结方向相同或垂直时,对白振频率及振型均有影响．     

背风面开孔结构风致内压响应研究

对于风致内压响应,之前的研究者主要关注于迎风面开孔情况的研究。本文利用伯努利方程、质量守恒定律和绝热气体状态方程推导了背风面开孔结构的内压响应方程。并通过数值算例分析了结构体积,迎、背风面外压频率,参考风速,迎风面孔隙、背风面开孔率等参数对内压响应的影响。结果表明:开孔结构内压响应的自振频率随背风面开孔率的增加逐渐增加,但增幅逐渐减小;结构体积越小,内压响应的自振频率越大;当背风面外压频率接近结构内压响应自振频率时,内压均值和均方根值达到最大值;内压的均值和均方根值基本不受迎风面外压频率的影响,而受背风面外压频率的影响较大;参考风速越大,内压的均方根值越大;随着迎风面孔隙率越大、背风面开孔率越小,内压的均值更接近于迎风面外压,反之则接近于背风面外压。     

大跨度网壳屋盖结构动力特性及地震反应分析

针对武汉市某学校游泳馆的大跨度网壳屋盖结构实际工程,利用有限元软件ANSYS建立了三维有限元模型,研究网壳结构的动力特性及地震反应,并对其动力特性和地震反应的影响因素进一步探讨。分析结果表明,大跨度网壳屋盖结构的自振频率密集,振动以水平振型为主,第一振型为水平振型;随着支座刚度的减小,结构的低阶自振周期显著增大;随着结构阻尼比增大,网壳结构的地震反应相应减小。     

基于希尔伯特—黄变换的超高层建筑模态参数识别

基于改进的希尔伯特-黄变换(HHT)即结合随机减量技术(RDT)的HHT对7～9级风力作用下,超高层建筑--上海金茂大厦的加速度响应现场实测数据进行分析与处理,以识别出上海金茂大厦东西和南北方向的第1、2阶自振频率及相应的阻尼比.在识别中,为了避免结构模态的混叠现象,本文引入了巴特沃斯带通滤波器来对加速度实测数据实行滤波处理.识别结果显示:上海金茂大厦东西方向和南北方向的第1阶自振频率近似相等,但是东西方向和南北方向的第2阶自振频率相差较大;结构东西和南北方向的阻尼比皆小于结构材料的阻尼比,而且随着模态阶数的增大识别出的阻尼比标准差呈现增大的趋势.这些研究结果对未来超高层建筑的设计具有借鉴意义.同时,识别结果也表明,HHT+RDT+巴特沃斯带通滤波器方法可以有效地识别出超高层建筑的模态参数.     

大跨度U形钢-混凝土组合空腹夹层板楼盖舒适度实测分析

以贵州省博物馆红军长征馆为例,利用环境激励,采用频域法模态拟合方法对该大跨度U形钢-混凝土组合空腹夹层板楼盖进行了现场竖向振动模态测试和人员作用下的舒适度分析,得到了该楼盖结构前6阶竖向自振频率、振型、竖向加速度时程曲线以及实测加速度的最大值,采用有限元分析方法对实测自振频率和振型进行了对比分析。分析结果表明:模态分析中楼盖竖向第1阶自振频率的有限元分析结果和实测结果均满足现行规范要求;舒适度分析中楼盖竖向峰值加速度实测结果满足规范小于0.005g的要求,不会引起人员不适;由于隔墙和约束的原因导致有限元分析结果与实测结果不一样,但是相差大小在正常范围内。     

Shaking table test of super high-rise structure on liquefied ground

为了研究液化地基上超高层结构在地震作用下的动力特性和动力响应,设计了液化场地超高层结构模型,并对其进行振动台试验。分析了超高层结构的自振频率、阻尼比、振型、加速度响应、位移反应、结构顶层加速度响应组成和地基孔隙水压力。结果表明：随着加速度峰值的增大,结构的自振频率下降,阻尼比增大;由于结构刚度变化不大,结构振型曲线的形状变化不明显;结构的动力响应不仅与输入地震波的加速度峰值有关,还与地震波的频谱特性有关;结构顶层的加速度反应主要由结构弹塑性变形加速度分量组成,其次是基础转动引起的摆动加速度分量和平动加速度分量;当地震波加速度到达第1个峰值时,砂土层的超孔隙水压力存在负值。     

液化地基上超高层结构模型振动台试验研究

为了研究液化地基上超高层结构在地震作用下的动力特性和动力响应,设计了液化场地超高层结构模型,并对其进行振动台试验。分析了超高层结构的自振频率、阻尼比、振型、加速度响应、位移反应、结构顶层加速度响应组成和地基孔隙水压力。结果表明:随着加速度峰值的增大,结构的自振频率下降,阻尼比增大;由于结构刚度变化不大,结构振型曲线的形状变化不明显;结构的动力响应不仅与输入地震波的加速度峰值有关,还与地震波的频谱特性有关;结构顶层的加速度反应主要由结构弹塑性变形加速度分量组成,其次是基础转动引起的摆动加速度分量和平动加速度分量;当地震波加速度到达第1个峰值时,砂土层的超孔隙水压力存在负值。     

带自控连梁的双肢剪力墙振动台试验研究

本文通过带自控连梁的双肢剪力墙与普通剪力墙的振动台模型试验对比,进一步研究了自控连梁在动力作用下的抗震性能。对观测到的裂缝发展、破坏形式、自振频率和阻尼比的变化以及动力反应等进行了对比分析。结果表明:在弹性阶段,两模型的自振频率和阻尼比基本保持不变;当裂缝出现后进入弹塑性阶段时,带自控连梁剪力墙的阻尼比一直比普通剪力墙的高,并随着振动次数的增多,阻尼比增长更快一些;试验结束后,普通剪力墙的连梁和墙肢破坏严重,而带自控连梁的剪力墙基本完好。强烈振动时自控连梁开裂成两根小梁,通过其端部塑性铰的转动和上下小梁之间素混凝土凹槽中水平裂缝的错动摩擦消耗振动能量,延性好,有效地保护了墙肢。因此带自控连梁的双肢剪力墙具有良好的抗震性能。     

粘滞流体阻尼墙在高层结构减震中的研究与应用

在对粘滞流体阻尼墙力学特性及计算模型分析的基础上,研究其在高层建筑减震设计中的一些关键问题。以高烈度区江苏省宿迁市的一栋94.95m高的双塔建筑为工程背景,提出了阻尼墙减震体系的设防目标,并给出了减震分析的详细流程及阻尼墙的基本布置原则。通过对减震体系的非线性地震响应分析,优化了阻尼墙的初始布置方案,并在优化方案的基础上详细分析了减震体系的地震作用剪力、位移、能量耗散、加速度响应、附加阻尼比及构件进入塑性的先后顺序等问题,最后对减震体系的经济性进行了对比分析。分析表明：阻尼墙对高层建筑的抗震性能有很大的改善,相同数量阻尼墙的情况下,合理的配置方案能够提供更多的附加阻尼。研究为阻尼墙在高层建筑的减震设计中的应用提供了成功的工程案例,其设计思路可以为高层结构的减震提供有益的借鉴和参考。     

附加与不附加粘滞阻尼墙的RC框架对比振动台试验研究

本文阐述了附加与不附加粘滞阻尼墙的两个相同的RC框架模型模拟地震振动台对比试验的情况。这两个钢筋混凝土框架模型为三层一跨两开间,几何相似关系大致为1∶2。首先进行力学性能试验,认识粘滞阻尼墙的耗能能力,得到其力学性能计算公式;然后将阻尼墙附加到一个RC框架模型当中,先后对附加与不附加阻尼墙的两个相同的RC框架模型进行振动台试验。试验结果表明,附加阻尼墙以后,框架模型的第1自振频率由1.66Hz提高到1.94Hz,第1振型阻尼比由2.4%提高到20.9%;在较小和中等加速度峰值的不同地震波作用下,结构的楼层位移反应、加速度反应和层间剪力都有不同程度的减小;输入结构的地震能量有大约60%~70%被阻尼墙吸收、耗散。在同样强烈的地震作用下,附加阻尼墙的耗能框架模型破坏较轻,不附加阻尼墙的普通框架模型破坏严重。     

Full-scale dynamic testing of a steel frame building during construction

Full-scale testing of a six-story steel frame building with infill walls made primarily of autoclaved cellular concrete and curtain walls made of hollow core clay bricks using ambient and forced vibration methods are described in detail. The ambient vibration test took place in two stages of the construction—stage one, when only the frames and slabs where constructed, and stage two when all the walls were put in place. The forced vibration was carried out when some of the walls were constructed. The results from the two test methods are compared with each other and also with computer analysis results based on conventional design office assumptions for modeling. Dynamic characteristics of the structure including natural frequencies, damping ratios and mode shapes determined from the tests are presented. The effect of Autoclaved Cellular Concrete (ACC) block infill and partition walls on the dynamic properties and stiffness of the building are discussed in detail. The advantages of using ACC block walls as infill wall material for seismic regions are concluded.     

设置粘滞阻尼墙钢框架结构耗能性能试验研究

设计了三榀不同类型的钢框架结构模型,通过对模型的快速水平周期加载试验,进行了设置粘滞阻尼墙钢框架结构减振性能的比较和分析。对设置阻尼墙后钢框架结构的破坏形态、滞回特性、骨架曲线、阻尼力、抗剪刚度、耗能性能、等效阻尼比等进行了研究,对阻尼墙不同布置方式对上述各项性能的影响进行了分析,并对上述各项性能与加载频率、位移幅值的变化关系进行了探讨。结果表明,设置阻尼墙后,钢框架结构的耗能能力和阻尼均有显著提高,结构的抗剪刚度增加,结构的地震响应显著减小。设置阻尼墙钢框架结构的滞回特性与频率、位移幅值相关。阻尼墙不同布置方式对结构滞回特性的影响不明显。     

Turbulence effects on the discharge coefficient and mean flow rate of wind-driven cross-ventilation

This experimental study uses a wind tunnel and scale model to investigate turbulence effects on the discharge coefficient and mean flow rate of wind-driven cross-ventilation. The approaching flows include low turbulence smooth flow and grid-generated turbulent flow. Two different cross-ventilation configurations are considered in this study: (1) two opposite walls, each with one opening, and (2) two adjacent walls, each with one opening. The discharge coefficients of different flow conditions are determined by a fan technique. It is found that the discharge coefficient is a function of Reynolds number, wind incidence angle and direction of air flow (inhale or exhale), but independent of external turbulence intensity and wall porosity. However, because the leeward pressure is affected by external turbulence, the internal pressure and inlet velocity are dependent on external turbulence when the openings are on the opposite walls. The experimental results also verify that internal pressure and mean air flow rate can be predicted once the external pressure distribution and opening areas are known, regardless of whether the openings are on opposite walls or on adjacent walls.     

单腔与多腔放大式高效耗能黏滞阻尼墙性能研究

针对阻尼墙耗能效率问题提出横向位移放大与纵向多腔放大概念,并以此设计了3种高效耗能黏滞阻尼墙装置,即单腔放大式黏滞阻尼墙(SADW)、多腔放大式黏滞阻尼墙(MADW)和多腔相对放大式黏滞阻尼墙(RADW)。根据3种阻尼墙的构造特点,分析了横向位移放大系统与纵向多腔放大系统的耗能效果,提出了阻尼力及耗能理论计算式。取SADW为代表与普通黏滞阻尼墙(VDW)进行试验对比研究,分析在不同试验工况下SADW的滞回耗能能力。结果表明：SADW的滞回曲线较VDW更加饱满,耗能效果更为显著;将阻尼力-位移试验结果与理论曲线进行了对比,两者基本一致,阻尼力相差6.35%,理论滞回模型能较好模拟试验结果。同时,建立了30层混凝土框架核心筒结构进行地震时程响应分析,对比VDW和3种高效黏滞阻尼墙对该结构的减震效率,4种减震方案的结构附加阻尼比分别为0.71%、3.38%、6.22%、735%,附加阻尼比放大倍数分别为4.5、7.8、9.0,进一步验证了所提出的3种高效耗能阻尼墙具有良好的减震效果。     

Analysis on shear capacity and energy dissipation of corrugated steel plate shear wall with openings

为明确波形钢板剪力墙不发生屈曲的界限条件并分析开洞对其承载力及耗能能力的影响，基于波形钢板剪切屈曲理论推导其屈曲应力计算式，并采用数值分析及变形等级划分方法得到约束刚度比取值范围，由此提出波形钢板剪力墙不发生屈曲的界限条件为屈曲应力大于剪切屈服应力且约束刚度比大于3。通过对比开洞模型的变形等级计算参数，验证界限条件对开洞波形钢板墙的适用性，建立有限元模型研究钢板墙高宽比、钢板厚度、开洞率、洞口高宽比及洞口位置对波形钢板墙承载力及耗能能力的影响。结果表明：钢板高宽比越小、板厚越大，开洞对其承载力及耗能能力的削弱程度越大，洞口高宽比在0.33~0.5之间时开洞波形钢板墙的承载力及耗能最大，中心开洞时的最小。基于波形钢板剪力墙全截面剪切屈服的受力机理对其受剪承载力和塑性耗能计算式进行推导，并通过拟合得到考虑洞口参数影响的开洞波形钢板剪力墙受剪承载力及耗能折减系数计算式；通过9组不开洞模型和30组不同洞口尺寸及位置的开洞模型对计算式的有效性进行验证。结果表明计算值与模拟值的误差均在15%以内，适用于满足无屈曲界限条件的开洞波形钢板剪力墙。     

开洞波形钢板剪力墙受剪承载力及耗能能力分析

为明确波形钢板剪力墙不发生屈曲的界限条件并分析开洞对其承载力及耗能能力的影响,基于波形钢板剪切屈曲理论推导其屈曲应力计算式,并采用数值分析及变形等级划分方法得到约束刚度比取值范围,由此提出波形钢板剪力墙不发生屈曲的界限条件为屈曲应力大于剪切屈服应力且约束刚度比大于3。通过对比开洞模型的变形等级计算参数,验证界限条件对开洞波形钢板墙的适用性,建立有限元模型研究钢板墙高宽比、钢板厚度、开洞率、洞口高宽比及洞口位置对波形钢板墙承载力及耗能能力的影响。结果表明：钢板高宽比越小、板厚越大,开洞对其承载力及耗能能力的削弱程度越大,洞口高宽比在0.33~0.5之间时开洞波形钢板墙的承载力及耗能最大,中心开洞时的最小。基于波形钢板剪力墙全截面剪切屈服的受力机理对其受剪承载力和塑性耗能计算式进行推导,并通过拟合得到考虑洞口参数影响的开洞波形钢板剪力墙受剪承载力及耗能折减系数计算式;通过9组不开洞模型和30组不同洞口尺寸及位置的开洞模型对计算式的有效性进行验证。结果表明计算值与模拟值的误差均在15%以内,适用于满足无屈曲界限条件的开洞波形钢板剪力墙。     

装配式钢框架-减震围护墙的构造与机理研究

针对装配式钢框架结构存在的带门窗洞口围护墙体系易遭受地震破坏以及围护墙的附加刚度和约束效应对结构抗震不利等问题,提出一种开设门窗洞口的减震墙体——减震围护墙。为验证装配式钢框架-减震围护墙的工作机制,采用ABAQUS软件对减震围护墙（开洞）-框架单元、普通围护墙（开洞）-框架单元和减震墙板（未开洞）-框架单元进行建模分析,对比研究不同墙体对框架附加刚度、墙板应力和洞口变形的影响。结果表明：与普通围护墙相比,减震围护墙为框架提供的附加抗侧刚度和水平承载力大大减小,解决了普通围护墙过强的约束作用和附加刚度效应对结构抗震不利问题;在大位移加载工况下,减震围护墙一方面可避免墙体破坏,另一方面可减小或避免门、窗洞口变形,起到保护门、窗部件作用,从而保证地震时逃生和震后开展应急救援工作;减震围护墙对框架的附加作用主要由减震层提供,门窗开洞对框架受力性能影响较小;设置减震围护墙可避免门洞或窗洞洞口角部发生局部破坏;装配式钢框架-减震围护墙的“墙-梁”型连接构造合理可靠,门窗开洞对连接件受力影响较小。