高耸结构P-△效应分析的精度问题

高耸柔性结构,如广播电视塔,高桥墩和烟囱等,在风荷载和地震力的作用下会发生较大的水平变位。特别是超高层电视塔,其塔楼的重量还相当大。因此,这一类结构的P-△效应比较显著。文中提出了侧力作用下弯曲伸臂柱P－△效应分析的一个精确方法,以它为基础,从理论上透彻地研究了各种近似方法的精度问题。此外,由精确方法得到的启示可以用来改善高耸柔性结构考虑P－△效应的风振和地震反应计算。     

高耸结构P-Δ效应分析的精度问题

结构,如广播电视塔、高桥墩和烟囱等,在风荷载和地震力的作用下会发生较大的水平变位.塔,其塔楼的重量还相当大.因此,这一类结构的P-Δ效应比较显著.文中提出了侧力作用下效应分析的一个精确方法,以它为基础,从理论上透彻地研究了各种近似方法的精度问题.此到的启示可以用来改善高耸柔性结构考虑P-Δ效应的风振和地震反应计算.     

高耸结构抗震性能的ANSYS分析

文章结合某工程实例对其进行水平和竖向地震作用下的动力分析,在分析过程中对高耸结构在水平和竖向地震作用下的特性进行了研究。重点考虑了高耸结构在二维地震作用下的P-△效应,并对考虑几何非线性与不考虑几何非线性的结果进行了对比研究。     

剪切变形对基桩P-Δ效应的影响

给出了小剪切变形下的基桩P-Δ效应和大剪切变形下支座P-Δ效应计算的杆单元刚度矩阵方程。假定杆单元弯曲变形位移函数为三次幂函数,剪切变形函数为线性函数,根据有限元法一般原理,推导了一种同时计入竖向力径向剪切分力剪切变形和水平力剪切变形的P-Δ效应杆单元刚度方程,推导了一种仅计入竖向力径向剪切分力剪切变形而忽略水平力剪切变形的P-Δ效应杆单元刚度方程,推导了一种仅计入水平力剪切变形而忽略竖向力径向剪切分力剪切变形的P-Δ效应杆单元刚度方程。计入水平力剪切变形而忽略竖向力径向剪切分力剪切变形的P-Δ效应杆单元可良好的模拟支座在大剪切变形下的偏心工作特性,能实时计入其偏心弯矩影响,为实时计入支座偏心特性的结构动静力分析提供了理论支撑。最后通过自编MATLAB程序进行算例分析,结果表明,计入支座大剪切变下的P-Δ效应后,基桩内力位移和地基土压力均显著增大。基桩自身剪切变形对桩身内力位移和地基土压力影响较小,可以忽略。     

环带位置对带伸臂框筒结构力学性能的影响

本文对带一个水平加强层的超高层框筒结构进行了风荷载作用下的三维有限元分析。分析固定加强层水平伸臂的位置不变,改变环带的竖向位置,研究环带的竖向位置对高层框筒结构力学性能的影响。重点研究了环带设置位置对结构内力、结构自振周期、结构层间及顶点侧移的影响。分析得到水平伸臂固定时环带的最佳位置,并探讨利用改变环带的位置减小带水平伸臂的高层结构剪力突变的方法。     

柱失效方程中荷载相关特性对承载力抗震设计可靠度的影响

以竖向荷载和水平地震作用组合下的钢筋混凝土柱和钢柱为对象,研究了失效方程中荷载相关特性对柱承载力抗震可靠性的影响。根据现行《混凝土结构设计规范》和《钢结构设计规范》分析了不同柱弯矩轴力相关曲线的特性。结合多个框架结构实例,对比了柱失效方程中荷载相关曲线与规范考虑情形的异同。实例分析表明:水平地震和竖向荷载组合作用下,小偏压RC柱和工字型钢柱的荷载相关曲线与规范考虑的情形较为符合,均近似为负相关的直线;水平地震和竖向荷载组合作用下,大偏压RC柱的荷载相关曲线则与规范考虑的情形有较大出入,存在明显的正相关段部分。在此基础上,考虑失效方程复杂特性,依据已有的荷载和抗力变量概率模型,采用Monte Carlo法分析了水平地震和竖向荷载组合作用下柱的可靠性。结果表明:钢柱和小偏压RC柱的承载力抗震可靠度随轴压力荷载效应比值的变化幅度较小,与规范模式计算结果较接近;大偏压RC柱的承载力抗震可靠度随轴压力荷载效应比值的变化会有较大幅度波动,与规范模式计算结果差异较大;当轴压力荷载效应比值为负时,大偏压RC柱的承载力抗震可靠度会低于规范计算值较多,现行柱可靠性设计方法会偏于不安全。     

超高层建筑在风重耦合作用下响应分析

风重耦合效应是指高耸结构在风荷载作用下水平变形会受到重力的影响．为了有效分析超高层结构的风重耦合效应,文中建立了结构计算模型,推导了结构在风荷载和重力荷载共同作用下的动力方程,对结构自振周期、风振系数以及结构响应值的风重耦合效应影响系数进行计算与分析．参数分析表明:考虑风重耦合作用后结构自振周期变长,风振系数减小,同时超高层结构的重刚比、弯剪刚度比和竖向外形锥度的增长会加大风重耦合效应．建议对重刚比较大、体型复杂的超高层建筑进行风重耦合计算．     

高层建筑与高耸结构抗风可靠性分析综述

本文简要介绍高层建筑和高耸结构抗风可靠性分析的概况，结构在风荷载作用下的失效形式和安全界限，几种主要的抗风可靠性分析方法和有待研究的几个问题。     

轴、横向荷载下基于局部彼得罗夫-伽辽金法的超长桩受力分析

轴、横向荷载下,桩与土的相互作用为一个三维空间问题.笔者通过综合分析,采用无网格局部彼得罗夫-伽辽金法(MLPG),并计入桩顶P-Δ效应对桩身内力的影响,提出了层状地基中轴、横向荷载下桥梁基桩的受力分析方法.计算表明:该方法可应用于超长桩大变形、材料不连续性等问题的分析,在分析中考虑了层状地基及P-Δ效应,紧贴实际应用,且具有较高的计算精度.     

复合载荷下高耸结构p-Δ效应的精确解析

高耸结构,如电视塔、烟囱、塔式起重机等,柔性较大,由于这种结构同时受侧向力和竖直压力联合作用,分析中必须考虑其p-Δ效应,给出了这种结构在同时受竖直压力、侧向集中力、侧向均布力和顶部力矩等复杂载荷作用时,结构变形的精确解析计算公式.     

单道伸臂竖向位置对加强层处筒体弯矩突变的影响分析

在加强层处结构出现内力突变,是带加强层框架-筒体结构的主要结构特点之一.利用顶部带加强层框架-筒体结构中筒体弯矩计算公式和子结构分析方法,研究了在水平均布荷载和倒三角形荷载作用下,单道伸臂竖向位置和加强层处筒体弯矩突变量的关系.结果表明:在均布荷载作用下,当单道伸臂设置在结构总高度的0.65倍时,筒体弯矩突变量最大;在倒三角形荷载作用下,筒体弯矩突变量随伸臂位置的升高而减少.算例结果表明了以上结论的可信性.该结论可供在带加强层框架-筒体结构初步设计中参考使用.     

塔式结构在随机风荷载激励下的抗振研究

目的利用陀螺抗振阻尼器来有效地抑制塔式高耸结构在随机风荷载激励下的振动.方法根据陀螺力学和随机振动的基本理论,对陀螺抗振阻尼器的抗振机理进行了理论探讨,并对陀螺抗振阻尼器的应用效果进行了初步模型实验.结果陀螺抗振阻尼器抑振在原理上是可行的,在模型实验中也是有效的.理论分析与实验研究结果均表明,该阻尼器可以有效地抑制塔式高耸结构的振动.结论风荷载强度愈大,陀螺抗振阻尼器抗振效果愈明显.并能够抑制塔式高耸结构驰振的产生.     

框架考虑P-Δ效应的动力响应时程分析

采用静力凝聚法将框架简化为杆系-层间剪切模型,基于框架动力响应时程分析计算的时间步内一阶位移增量,根据D’Alembert原理导出竖向力附加弯矩相应产生的加速度激励增量,由此建立迭代计算格式考虑P-Δ效应对框架位移、速度和加速度的影响,并嵌入时程分析过程。最后通过算例检验文中方法的可行性,并考察P-Δ效应对框架地震响应全过程的影响。     

环带对带水平伸臂的高层结构力学性能的影响

探讨了高层框架-核心筒结构在水平荷载作用下的侧移控制方法,分析了设置水平伸臂构件和环带构件对减小这类结构侧移的作用机理。对一60层的框架-核心筒结构通过改变水平伸臂构件、环带构件的设置情况而形成的不同结构方案,采用常用结构设计的三维有限元分析软件ETABS分别对其分析计算;探讨了水平伸臂以及不同刚度的环带对结构自振周期和结构顶点侧移的影响;研究了环带对核心筒剪力的影响,环带对外框柱轴力的影响。分析表明:环带的设置、环带本身的刚度对高层框架-核心筒结构的顶点侧移和自振周期有较大影响;能有效调整外框柱的轴力分布,更好地发挥外框柱的整体作用;环带的设置会加大水平加强层的剪力突变这一不利现象。     

脉动风作用下高耸塔结构风振响应研究

根据脉动风的特性对脉动风荷载进行模拟并验证其有效性,得到作用在高耸塔结构上的脉动风荷载时程样本。在此基础上,建立塔结构的空间三维有限元模型,采用时程分析方法计算塔结构的风振动力响应。结果表明脉动风作用下高耸塔结构顶部风振响应较大,因而需要采取有效措施抑制其风振响应。     

海洋平台结构连续倒塌非线性动力响应分析

目前,对突发性极端荷载作用下海洋平台结构整体倒塌的非线性动力过程研究较少.基于海洋平台结构非线性动力时程分析,研究平台结构由于初始破坏引起的动力放大效应,建立海洋平台局部桩柱失效的等效静力模型,采用瞬时加载法,对局部失效的平台模型进行非线性动力响应分析.分析结果表明:随着DCR(需求能力比)值的增加,失效点的竖向位移增加明显,当DCR值很大时,极端荷载可能造成失效结构响应特性发生改变;失效桩柱节点动力放大系数远大于非失效桩柱节点动力放大系数,当DCR=0.9时桩柱失效动力放大系数最大为2.156;随着DCR值的增加,失效节点动力放大系数增加明显,而非失效桩柱结构的动力放大系数基本上保持不变.     

考虑行波效应的二维框架结构的地震响应

运用波动方法研究二维框架结构的地震响应.对二维框架结构进行空间离散构造出被研究块体,建立被研究块体的动力学方程,推导空间离散段的段间内力与端部位移关系式;在时间域上交替运用被研究块体动力学平衡方程和段间内力与端部位移关系式进行递推计算,给出结构地震响应分析的波动方法.该方法易于求解考虑行波效应的结构地震响应问题.分别针对水平和竖向地震作用情况,分析了二维框架结构柱的剪力和梁端弯矩的行波效应.结果表明:考虑行波效应时,柱的剪力和梁端弯矩存在增大现象,一些柱的剪力或梁端弯矩甚至出现竖向地震作用比水平地震作用大的现象.框架结构的地震响应应该考虑竖向和水平地震的行波效应.     

框架结构二阶效应实用计算

钢筋混凝土框架结构在水平荷载和竖向荷载共同作用下,如考虑二阶效应的影响,计算复杂.实际应用不多.当柱的轴力较大,特别是柱的长细比较大的情况下,二阶效应的影响较大,就引起足够的重视,把一般框架结构柱近似简化成单柱压杆模型,推导出简化计算公式.分析了二阶效应对框架柱弯矩的影响因素,公式中不直接显示水平荷载作用,通过修正系数对其内力进行修正,从而体现二阶效应影响,便于实际应用.     

雪灾下轻钢结构大面积破坏的概率成因

现行可靠度设计统一标准在分析轻钢结构构件可靠度时,对荷载效应比值的取值范围考虑不够充分.针对此不足,提出了1种基于应力的荷载效应比值计算方法,解决了在构件失效是由多种形式内力引发的情形下选择何种荷载效应来计算荷载效应比值的问题.以多个轻钢结构构件为例,采用该方法分析了轻钢结构中荷载效应比值的取值范围.揭示了雪荷载不利布置下,轻钢结构的荷载效应比值将会非常高的现象.接着对按现行分项系数设计的轻钢结构进行了可靠度校核,表明轻钢结构的可靠性处于较低的水平.最后分析了雪荷载超过设计标准时轻钢结构可靠度随不同荷载效应比值的变化规律.结果表明当雪荷载超载较大时,荷载效应比值越大的结构可靠性越低.这从可靠性的角度为近年雪灾中轻钢结构大面积破坏的现象提供了补充解释.     

考虑P-Δ效应的等延性位移比谱

应用等延性位移比谱可以简便有效地估计结构的非弹性位移.在地震动作用下,由于P-Δ效应能够增加结构的非弹性变形和永久变形,因此,研究P-Δ效应对等延性位移比谱的影响具有重要意义.利用四类场地上的344条地震动,分别计算出了考虑及未考虑P-Δ效应的等延性位移比谱,并进行了对比分析,然后根据统计分析的结果,得到了等延性位移比谱考虑P-Δ效应的修正公式.结果表明:P-Δ效应对等延性位移比谱的影响十分可观,并且其影响程度随结构延性的增加而增大,随结构周期的增加而减小;而且当考虑P-Δ效应之后,等位移原理不再适用.