高层建筑结构位移控制的可靠性分析

在《建筑结构设计统一标准》(GBJ68— 84)给出的年最大风压分布模型的基础上 ,得出了高层建筑结构在两种实用计算模式下结构顶点位移的概率分布及其统计参数。结合《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程》(JGJ3— 91 )规定的结构顶点位移限值 ,得出了高层建筑结构在《建筑结构设计统一标准》年最大风压模型作用下位移控制的失效概率及其可靠度指标。为高层建筑结构在风荷载作用下的位移控制分析及设计提出了一种新的思路     

新型大跨索结构避难帐篷现场试验与数值模拟

基于现场试验,对实测风荷载作用下大跨度索结构避难帐篷的顶点位移进行测量,分析风速对顶点位移的影响,得出了实测风荷载与结构顶点位移之间的关系。应用ABAQUS有限元软件对风荷载作用下的大跨度索结构避难帐篷的顶点位移进行有限元计算,有限元计算结果与试验结果具有较好的一致性。通过降低脚手架材料的刚度,模拟不同刚度条件下结构的风载-位移响应;并模拟了雪荷载以及温度荷载作用下大跨度索结构避难帐篷的受力性能。研究结果表明:大跨度索结构避难帐篷的抗风、抗雪荷载性能以及温度荷载作用下的变形幅度均能达到安全使用要求。     

强风压作用下福州平潭某高层住宅上部结构设计研究

强风压作用下,高层建筑的层间位移角通常很难满足规范要求,风振舒适度较差,竖向构件和连梁分别容易发生偏心受拉和超筋现象。通过选取沿海地区基本风压较大且对风荷载起控制作用的某高层住宅,运用盈建科建筑结构计算软件进行风荷载弹性分析,计算结构层间位移角和顶点最大加速度,检查竖向构件偏心受拉情况和连梁超筋情况。计算结果表明:在多遇地震和风荷载作用下,结构层间位移角和位移比等主要控制指标均能够满足规范要求;结构顶点最大加速度0219m/s~2,风振舒适度达到"不能忍受"的程度;对偏心受拉竖向构件设置型钢,对超筋连梁设置钢板,能够解决竖向构件偏心受拉和连梁超筋问题。     

基于ETM的结构地震损伤评估

耐震时程法(ETM)是一种新的结构抗震性能评估方法，它所用的时程曲线具有地震强度随时间而增加的特点。基于《建筑抗震设计规范》(GB 50010—2010),采用最小二乘函数合成了3条耐震时程曲线。以装配式基础隔震结构为例，分别对结构进行10条天然地震波作用下的增量动力分析(IDA)和3条耐震时程作用下的非线性时程分析，对比研究了结构在不同地震强度下的最大顶点位移、最大层间位移角和最大隔震层位移。并将最大层间位移角作为指标代入结构抗震失效概率公式，通过易损性计算即可得到结构在不同耐震时间下的损伤指数期望值，可以此为依据来评估结构的损伤。分析表明，以最大层间位移角作为指标，ETM与IDA所得的结构损伤值吻合程度较高，但其计算量较IDA大大减小，因此对于结构的抗震损伤评估而言，ETM是一个高效的计算方法。     

超高层钢框筒结构体系截面尺寸的初步确定

根据超高层钢框筒结构自重轻、抗侧刚度小的特点,结合规范规定的位移限值要求,提出了在结构初步设计阶段,可直接根据风荷载作用下的顶点位移限值条件来确定截面尺寸的方法,大大缩短了设计周期,减少了计算机时,可供设计人员进行方案设计或初步设计时参考。     

考虑脉动风影响的风电塔风致动力响应数值分析与现场监测比较

本文基于"风轮-机舱-塔体"三维仿真模型,进行风电塔在暴风荷载作用下的风致动力响应分析,并基于规范中的风荷载计算方法与动力分析方法对风电塔的应力、位移和内力进行计算分析,同时研究风电塔风轮受不利风向影响时的力学特性变化规律,并对风电塔在常规风荷载作用下的应力和位移进行现场监测比较研究。结果表明,基于规范计算的风电塔的应力、位移及内力要比动力分析的计算值偏小;脉动风时程激励下,风电塔的最大应力值低于结构的最小许用应力值,但结构顶部的水平位移超过结构的位移限值,在风电塔设计中应予以注意。风电塔受不利方向的暴风影响会产生很大的内力,塔底最大剪力和弯矩增大了91%和106%,在风电塔设计过程中应该重点考虑;基于常规风荷载作用下的应力和位移的数值仿真结果与监测结果吻合较好。     

Performance of umbelliform tensegrity cable structurebased on energy principles

通过建立双层悬索结构形式之一的伞状结构的简化分析模型，运用能量原理，分别计算并列式和轮辐式伞状全张力结构在活荷载和风荷载作用下的总势能，根据势能驻值原理，对结构势能求偏导并将其结果进行简化，推导求得结构位移解析表达式，并迭代计算结构跨中压杆处位移、上索最大变形和索力。通过算例对比结构位移解析计算与有限元分析的结果，其误差较小。研究结果表明：在活荷载作用下，跨中压杆处位移、上索最大变形与荷载基本成线性关系；在风荷载作用下，跨中压杆处位移随预应力基本呈线性变化，而上索最大变形则具有较强的非线性。提出的解析计算式在矢跨比和垂跨比小于1/8时精度较高，可供结构初步设计时参考。     

新型大跨度索结构避难帐篷现场试验与数值模拟

基于现场试验,对实测风荷载作用下索结构避难帐篷的顶点位移进行了数据测量.通过试验结果分析了风速对顶点位移的影响,得出了实测风荷载与结构顶点位移之间的变化关系.并采用ABAQUS有限元软件对大跨度索结构避难帐篷进行了有限元模拟,证明了有限元结果与试验结果有较好的一致性.在此模型基础上通过降低脚手架材料的刚度,模拟不同刚度条件下结构的风载-位移响应,同时模拟了雪荷载作用下的受力性能.研究结果表明:大跨度索结构避难帐篷的抗风以及抗雪荷载性能均达到设计使用要求.     

无比钢结构体系多层住宅整体变形分析

无比钢结构是一种新型的轻钢龙骨体系,通过采用ABAQUS软件包分析了结构在风载和地震荷载作用下的水平位移,且与规范要求的最大值进行了比较。结果表明,按所提出的针对无比钢结构的有限元建模和分析方法,在风荷载和地震作用下计算得到的多层无比钢结构的层间和顶点水平位移均可满足规范要求。     

某防屈曲支撑框架结构弹塑性时程分析

结合现行国家规范与规程,采用弹塑性时程分析方法,对某防屈曲支撑框架结构进行抗震分析,探讨该类结构在罕遇地震作用下的动力响应。重点讨论了在罕遇地震作用下结构的基底剪力、剪重比、层间位移角、构件塑性发展过程以及防屈曲支撑滞回耗能特性。计算结果显示,结构X向顶点最大位移为655mm,最大层间位移角为1/111;Y向顶点最大位移为745mm,最大层间位移角为1/103,均满足抗震规范的相关要求。动力弹塑性分析结果显示,无论从杆件塑性铰出现情况,还是从杆件的地震响应,以及不同位置防屈曲支撑的滞回曲线都可以看出,防屈曲支撑有效地吸收了一部分地震动传给结构的能量,减小了其地震响应。     

高矢跨比椭圆抛物面弦支穹顶风振系数研究

常州市体育馆弦支穹顶,采用Levy型索杆体系以及外部联方型和内部凯威特型网格单层网壳。与常规已研究的弦支穹顶相比,其高矢跨比使网壳具有较大刚度,其椭圆抛物面外形使屋盖在水平风载作用下既存在风吸区也存在风压区。结合工程进行了高矢跨比椭圆抛物面弦支穹顶的风振时域分析,研究了网壳和索杆系的风振响应,在风振作用下,拉索索力和支座竖向反力减小,但拉索未松弛,风载未超过恒载;索杆系应力的均值和波动范围较小;网壳的纵轴和横轴上的响应变化规律较为一致,最大竖向位移出现在靠近中心的2~4环;网壳内环的竖向位移风振系数比较均匀,外环波动较大。通过统计风振响应参数,探讨了整体风振系数的计算方法。基于响应均值和最大值的线性关系,采用风振响应与平均风静力响应的最大值之比作为适用于风载静力分析的整体风振系数,并提出不同风向下的建议值。方法简便,无需判定奇点和统计各样本响应时程。风振响应分析结论及整体风振系数计算方法和结果,可为类似结构的抗风     

超高层建筑结构抗风性能研究

针对按规范公式计算得到的超高层建筑结构风致振动不尽合理的问题,以西安环球贸易中心超高层建筑为工程背景,首先通过风洞试验测得各楼层的风荷载,再利用ANSYS参数化设计语言编制了能够精确求解超高层建筑风振系数及等效静风荷载的程序,进而对超高层建筑的抗风性能进行研究。结果表明:当风向角接近90°时,结构中部出现了极值位移风振系数,且其迎风面顺风向的变形和内力都达到了最大值,横风向的变形和内力则最小;当风向角为20°~70°时,位移风振系数随着楼层的增高而增加,其峰值出现在顶层;随着风向角的变化,结构扭转加速度峰值在各区间都是先减小后增大,特别是风向角呈45°左右时,结构扭转变形和基底扭矩达到了最大值;提出的将风洞试验与有限元分析相结合的新方法可为同类工程的抗风设计提供参考。     

大跨钢桁梁悬索桥风-车-桥分析系统建立与可视化实现

从钢桁梁断面风荷载和车辆荷载加载角度对现有风-车-桥耦合振动系统进行精细化改进。首先基于钢桁梁自身结构特性,以桁杆为单位,对静风力和抖振力,采用合力等效原则,使得任意时刻每个截面内所有节点所受静风力和抖振力的合力与作用在该截面形心的等效静风力和抖振力相等,求取每个节点的静风力和抖振力;对于自激力,依据刚体运动学理论,推导了钢桁梁截面节点与相应截面形心两者运动状态之间的关系式,采用响应不变原则,获取每个节点的自激力。其次在已建立适用于单主梁模型的分析系统的基础上,融入提出的钢桁梁风荷载精细化分析方法,构建大跨钢桁悬索桥风-车-桥分析系统,并基于OpenGL技术集成开发风荷载作用下随机车流过桥的动态可视化功能。最后依托一座典型大跨钢桁悬索桥,采用建立的分析系统,对不同风速和车流密度作用下的桥梁响应进行分析。结果表明：桥梁跨中竖向位移响应主要受车辆荷载控制,横向位移同时受风荷载和车流密度控制,但风荷载起主要作用;随着风速和车流密度的逐渐增大,跨中内力与位移响应极值明显增大。     

大跨屋盖基于位移响应协方差等效静力风荷载计算方法

目前,频域内有多种等效静力风荷载求解方法,但每种方法都有其局限性;时域内也提出了风致响应的计算方法,却没有完整地提出求解等效静力风荷载的方法。本文基于位移响应协方差矩阵,提出了一种计算大跨屋盖结构等效静力风荷载的新方法。本方法的关键是获得位移响应的协方差矩阵,对于时域法,由于时程分析能得到位移响应时程,故可根据时程序列直接计算得到;对于频域法,也可由各阶模态响应推导得到,因而本方法既适用于时域法,也适用于频域法。最后,以某大跨屋盖结构作为工程实例,计算了等效静力风荷载,并将其与CQC方法计算结果进行了比较,验证了方法的有效性。     

海上单桩风机结构冰激振动响应分析

针对冰区海上单桩风机易发生冰激振动的问题,以NREL 5MW风机为对象,详细开展其在风 冰联合作用下的动力响应研究。基于叶素动量理论,考虑Prandtl叶尖损失修正和Grauert修正,利用MATLAB编程计算获得叶片空气动力载荷;基于Määttänen自激振动模型,采用APDL开发冰区风机自激振动分析程序;基于我国渤海某海域冰情参数,从时域和频域对不同风 冰角下的风机结构动力响应特征进行分析,确定冰激锁频振动的冰速区间,并给出风机结构的最大位移响应振幅、基础倾覆力矩以及结构等效应力分布,结果表明：低冰速和高冰速下,风机塔顶与基础环顶的振动特性不同,中冰速时均表现为稳态的简谐振动;在常遇和极端冰厚下,均发生一阶锁频振动,对应的锁频冰速范围分别为0.01～0.06m/s和0.03～0.09m/s;锁频时,风机塔顶动力响应显著,两种冰厚下塔顶最大振幅分别1.425m和1.454m,最大等效应力响应分别为146MPa和183MPa,基础结构面外弯矩响应分别为243MN和358MN。文中研究结论和结果可为相似冰区海域同类风机结构的设计与优化提供技术参考。     

超高层建筑气动弹性效应双向受迫振动风洞试验研究

通过双向受迫振动风洞试验对高347m的长沙世茂广场模型的气动弹性效应进行研究,模拟结构平面两个轴向的一阶振动,同步测量了振动模型上的表面风压和模型顶部位移。在对振动模型横风向和顺风向的气动弹性力分析基础上,识别了该模型气动阻尼比和气动刚度比,计算并分析了气动弹性效应对结构风致响应和等效风荷载的影响。分析结果表明,在100年重现期风速作用下,该模型气动阻尼比为正值,气动刚度为负,气动刚度相对于结构刚度较小,对结构自振频率影响不大。考虑气动弹性参数后,顶部最大位移响应可减小5%,最高居住层最大加速度响应可减小10%,由等效风荷载计算得到的基底总剪力和基底总弯矩减小1.1%左右。分析表明,双向受迫振动风洞试验是一种有效且有实用前景的超高建筑气动弹性参数识别方法。     

基于Ansys的框架-剪力墙结构有限元分析

文章以一幢22层框架-剪力墙结构为算例,运用有限元软件Ansys对其进行了风荷载作用下的结构响应分析以及结构模态分析,并与相同结构尺寸、同等约束条件及荷载条件下的框架结构进行了对比分析,得出同等条件下,框架-剪力墙结构在风荷载下的X方向、Y方向的最大位移比框架结构分别减小了53.8%和62.9%,研究成果对今后同类工程有一定的参考价值。     

超大型间接空冷塔多工况下整体结构有限元分析

基于ANSYS有限元分析软件,建立大唐武安发电项目(2×300MW机组)表面式凝汽器间接空冷系统空冷塔整体结构有限元模型。分别对恒荷载、活荷载、风荷载、温度荷载和地震作用5种工况进行了计算模拟,得到各工况及组合工况下间接空冷塔的位移及内力分布,可供同类工程参考。