基于能量格式的模态Pushover方法及其应用

提出一种基于能量增量直接获得模态Pushover分析中能力谱曲线的改进方法。基于线性和非线性系统的能量平衡方程证明,模态荷载作用下结构的总输入能量全部转化为某阶单自由度系统的总能量,并推导了增量模态荷载作用下系统能量增量与谱位移增量及谱加速度增量之间的关系,据此直接获得能力谱曲线。根据能力谱曲线得到各阶等效单自由度系统特性,结合弹塑性反应谱计算结构地震响应。运用该方法对一座高墩大跨连续刚构桥进行分析,并与常规Pushover方法进行对比。结果表明,该方法得到的能力谱曲线稳定性好,避免了常规模态Pushover方法中能力谱曲线的多义性和扭曲问题。     

基于有限元分析的复杂结构弹性振动传递函数建模

为了解决复杂结构的弹性振动建模问题,提出了一种基于有限元分析的弹性振动传递函数建模方法。首先建立能够准确反映结构动力学特性的有限元模型;然后根据输入参数和辨识算法类型的不同,分别从时域和频域两方面进行传递函数建模,其中时域辨识建模以PRBS信号的瞬态响应结果为辨识数据进行时域参数辨识,频域辨识建模以结构的频率响应函数为辨识数据进行频域参数辨识;最后以“时域建模频域验证,频域建模时域验证”的方法检验传递函数的精度。通过建立悬臂梁、某运载火箭和某弹体局部结构的传递函数模型,证明了该方法的可行性和有效性,为该方法在工程实践中的应用提供参考。     

世博轴阳光谷大型钢结构风致线性和非线性响应比较

以世博轴阳光谷结构为研究对象,基于刚性模型风洞试验获得的表面风压分布结果,研究了时域内考虑几何非线性和不考虑几何非线性两种条件下计算得到的位移响应分布及位移和轴力响应的差别。结果表明,结构非线性效应相对较强的长悬挑边在大位移下出现刚度软化,使其刚度减小,竖向位移增加,非线性方法获得的响应值大于线性方法,但是差别在可接受范围之内;两种条件下计算的响应功率谱曲线反映了类似的能量分布。     

变速超空泡航行体壳结构的动力响应分析

通过对变速超空泡水下航行体壳结构受力模型的分析,建立了恒定推力下航行体的平面运动方程,确定了变速过程中的阻力和冲击力。利用有限元方法,进行了结构响应计算,分析了减速过程中节点时域上的最大应力值在轴向的分布情况及典型节点处的响应。结果表明：航行体所需推力和所受应力较大,对其结构强度要求较高;运动过程中,节点时域上的最大应力在空间域上的极大值主要分布在首尾端部和柱壳中部;存在一些振动频率对航行体结构响应影响显著。结果对超空泡航行体壳结构受力和强度分析以及优化设计有着重要的指导意义。&;#61472;     

考虑流固耦合的典型管段结构振动特性分析

研究了两种最常见的流体管段结构模型与计算。对于直管,利用拉氏变换把时域方程变换到频域,对频域方程进行推导求解,得到了直管的频域解析解;对于弯管,直接对方程模型进行整体求解,同样求得了其频域解析解。然后以Davidson单弯管模型为例,说明典型管段结构组合的管道系统的求解方法,并验证直管以及弯管模型和求解方法的正确性。最后,通过改变弯管的弯曲半径以及角度来对管道的流固耦合振动特性的影响因素进行分析。结果表明,弯曲角度以及弯曲半径越小,频谱曲线密集程度越低,耦合振动越弱,反之越强。     

风振响应计算的新方法——广义坐标合成法

风振响应通常根据激励的功率谱矩阵,采用完全二次型组合(CQC)或其改进算法进行计算。但对于已由风洞试验给出激励时程的结构而言,采用广义坐标合成法(GCS)可获得更高的计算效率和更快的计算速度。该方法利用单自由度广义坐标方程的频域数值解法,求解广义坐标时程,进而根据振型叠加法得出响应时程或响应方差。对于加速度响应,则首先计算广义坐标的加速度时程然后再叠加。求解响应方差时,GCS的计算量和计算规模通常不到CQC改进算法的1/10,而计算结果与CQC方法完全等价。该方法的另一突出优点是可方便的得到响应时程,这为开展响应构成和概率特性的研究创造了有利条件。通过两个典型算例阐述了该方法的具体应用,证明该方法具有高效、快速、准确的特点。     

桥梁抖振时域和频域分析的一致性研究

为考查时域分析方法用于桥梁抖振分析的可行性和可靠性,基于相同的分析参数,分别采用时域和频域分析方法对一斜拉桥的抖振响应进行分析,并从结构振动型态、抖振响应均方根及抖振响应功率谱密度函数三个方面对时域和频域分析结果的一致性进行了较详细的比较。时域抖振响应分析中,采用谱解法模拟了斜拉桥的脉动风场,抖振力采用准定常表达形式,自激力采用Y.K. Lin 表达形式。由于自激力的存在,结构的运动方程为非线性,提出了一种迭代方法来考虑自激力引起的非线性。采用Newmark-β方法进行积分计算。频域抖振分析采用多模态耦合分析方法。时域及频域抖振响应分析结果的一致性较好,这表明了大跨度斜拉桥时域抖振响应分析的可行性和可靠性。     

遮挡山体对输电塔线体系风振疲劳的影响

山地地形中遮挡山体使风场更加复杂,对结构的风致响应也造成了较大影响。为此,本文首先基于风洞试验研究了遮挡山体的不同坡度、高度以及间距对受扰山体风场特性的影响,通过对13种工况中受扰山体的山顶和背风面加速比的变化情况进行分析,得到了遮挡山体对风场的影响规律。然后,根据风向风速实测数据计算出风向风速联合分布的统计概率,结合时域和频域疲劳累积损伤理论,提出了输电塔线体系风振疲劳的建议算法。最后,基于试验数据及统计概率对某特高压输电塔线体系在各工况的风场条件下分别进行了风振疲劳分析,结果表明：输电塔疲劳寿命随遮挡山体坡度呈先增后减的复杂变化趋势,山体背风面山脚疲劳寿命最短;坡度相同而高度不同的遮挡山体未对输电塔疲劳寿命造成明显变化;遮挡山体间距较小时输电塔疲劳寿命最短,但随着遮挡间距增加受扰山体风场逐渐趋于稳定,疲劳寿命随之延长。     

多点激励下绝对位移直接求解算法的误差频域分析

多点激励地震响应分析时,相对运动法将结构内部节点绝对位移分解成拟静位移和动态位移两部分分别进行求解,而绝对位移直接求解法直接对内部节点绝对位移进行求解,在两种求解算法中,阻尼分别假定与内部结点相对速度、绝对速度成比例。两种算法的阻尼假定不同可能会引起计算结果误差,在瑞利阻尼、单元阻尼模型下,采用随机振动方法对两种算法计算结果误差在频域内进行了理论分析,指出了瑞利阻尼模型下两种算法求得的结构动态内力功率谱密度误差主要受结构阻尼比、激励频率与结构基频率比值影响,但单元阻尼模型下两种算法得出的动态内力功率谱密度不存在误差。最后从概率意义上指出：瑞利阻尼模型下,两种算法得出的结构内力响应方差的误差随结构阻尼比的增大而增大,当结构阻尼比不大于5%时,两种算法计算结果误差很小。     

多层工业厂房的振动测试及裂缝病害分析

针对多层织造厂房的振动及裂缝病害问题,采用有限元建模分析结构的振动特性,并进行了现场振动测试和裂缝病害调查。根据实测数据的时域和频域分析结果,研究了厂房及机器的振动频率和能量分布特点;结合振动幅值的对比分析,探究厂房结构裂缝病害的原因,提出了改进措施,为厂房的减振设计和裂缝预防提供建议。     

单层平面索网结构风振响应的几何非线性特性研究

单层索网体系具有刚度小，质量轻，阻尼小等特点，对风荷载较为敏感，目前对该结构体系风振响应分析的相关研究很少，我国现行幕墙规范相关设计方法也不完善，深入研究索网结构的抗风性能显得尤为迫切。本文以线性自回归模型模拟脉动风速，采用随机模型时程分析方法计算索网的风振响应，探讨考虑不同脉动风速空间相干函数对分析结构风振响应的影响，着重研究在3种索网分析模式下的动力时程响应特征，以及在静力荷载作用下索网的非线性程度，分析结果表明：采用与风频率相关的空间相干函数进行索网的响应分析更合理；索网在平均风荷载作用下达到平衡位置后，在脉动风荷载作用下的非线性程度较弱，可以近似作为线性结构处理，因此可以平均风荷载作用下的平衡位置作为基准，采用频域方法分析单层平面索网的风振响应，这为下一步系统地研究点支式幕墙单层平面索网结构的抗风设计方法奠定基础。     

单层平面索网幕墙结构的风振响应特性分析

建筑幕墙单层平面索网结构属于风敏感结构,目前对该类结构风振响应的相关研究很少,有必要深入开展其抗风性能的研究。以索网在平均风荷载作用下到达的新平衡位置为基准,采用频域法对其风振响应特性进行研究,主要分析了组合振型的选择、模态间的耦合效应等问题对索网结构风振响应的影响。分析结果表明,对单层索网结构进行风振响应分析宜考虑模态间的耦合效应;索网的第一阶模态在所有模态中占较大比重;对索网结构起主要贡献的振型集中分布在低阶模态区域内;采用部分低阶振型组合计算索网的响应与时域结果吻合较好,能满足工程精度要求。     

干扰条件下煤棚结构风致干扰特性研究

邻近煤棚及内部煤堆的干扰导致干煤棚结构的风致响应特性非常复杂.基于刚性模型风洞试验的结果,采用平稳激励下随机振动的模态叠加法(CQC法)计算了干煤棚结构的风致响应.研究了有(无)干扰条件下干煤棚的风致响应特性.首先分析了无干扰状态下煤棚结构的风致响应,指出当风向与正方向偏向30°～45°时峰值响应出现最大绝对值.接着定义了位移峰值干扰因子,研究了不同风向时,在外界干扰及不同风场影响下干扰效应的特点,指出了干扰效应比较显著的情况.同时发现尽管存在干扰很大的情况,但对于起控制性的工况,外界干扰的存在仅仅使最大峰值响应相对无干扰时略为增大.     

某菱形截面纪念碑风致气弹响应风洞试验研究

对某高100米的菱形截面纪念碑进行刚性模型多点同步扫描测压与摆式气弹模型测振风洞试验,进而在测压数据基础上建立频域风荷载模型并采用随机振动分析方法计算结构风振响应,同时应用随机减量技术（RDT）识别了该气弹模型风致振动时的气动阻尼比。当在频响函数中考虑气动阻尼比后的风振响应计算结果和气弹模型试验值具有很好的一致性。由于实际结构振型与摆式模型线性振型存在差异,用振型修正系数修正气弹模型试验结果可得到实际结构风振响应。分析结果表明,刚性模型测压建立荷载模型,结合气弹模型测振识别气动阻尼,代入实际结构频域响应计算方法能够较精确地评估强风作用下低频小阻尼高耸结构的风致气弹响应。     

某大跨悬索桥风振响应的现场实测与理论对比分析

结合东海某大跨悬索桥的健康监测系统,同步实测了桥面处的风速以及加劲梁和吊索的风振加速度响应,采用统计方法及频谱分析对结构响应的长期实测数据进行了分析,探讨了结构构件风振响应的实际特性;同时将强风作用下加劲梁响应的实测值与抖振分析的理论结果进行了对比研究。结果表明,加劲梁的RMS响应与垂直桥面平均风速基本呈线性关系,加劲梁的响应以低频为主,其动力特性随风速的增大变化不大;吊索的振动主要是高频的涡激振动,同时迎风侧的吊索响应要明显高于背风侧吊索响应;由于大跨度悬索桥抖振响应计算和实测过程受大量复杂和不确定因素的影响,理论分析结果要明显大于实测值。     

定日镜结构的动力风效应和风致疲劳损伤研究

典型的定日镜结构由下部立柱支撑扭矩梁、桁架、驱动传动系统及上部镜面板组成,一般位于平坦开阔地区,所受风荷载较大,风致振动较为显著。建立了某定日镜整体结构的精细化有限元模型,镜面尺寸为8 m×8 m,立柱高5 m。分布于镜面的脉动风荷载通过风洞试验测得,完成了定日镜整体结构在不同水平风向角和不同镜面仰角下的风振响应时程分析。分别基于雨流法、等效应力法、等效窄带法、等效宽带法,结合Miner疲劳线性累积损伤理论,实现了时域与频域内的定日镜结构关键部位在最不利风荷载工况下的风振疲劳损伤分析,并对各种方法得出的损伤值进行了比较,验证了疲劳损伤频域分析方法的有效性。     

500kV 单回路输电塔塔头风荷载计算模型研究

根据高频底座天平测力风洞试验,得到典型500kV 单回路输电塔塔头结构风力系数的平均值和根方差值,给出了极值风力下塔头结构顺风向、横风向基底剪力和基底扭矩的功率谱。在此基础上,采用最小二乘法拟合,建立了输电塔塔头结构风荷载的计算模型,其结果不仅可以用于格构式输电塔频域计算,还可以为相关规范的修订提供参考。     

考虑叶片离心刚化效应的风力机塔架风振反应分析

为分析风轮作用力和叶片刚化对风力机塔架风振反应的影响,研究了考虑叶片刚化效应时风力机塔架的风振反应。采用谐波叠加法模拟了风力机塔架和叶片的脉动风速时程,在理论上推导了考虑离心刚化效应的叶片振动方程。该文分3种工况计算了叶片与塔架在风荷载作用下的动力反应,并对比了3种工况的塔架顶点位移及其相对误差。结果分析表明:叶片剪力对塔架的动力反应影响较大,叶片刚化效应减小了塔架的风振反应,在动力计算过程中应考虑刚化效应的影响。     

非同轴刚度偏心高层建筑平-扭耦合风振响应的研究

提出了分析非同轴刚度偏心结构风振响应的基本框架。第一，建立了两层6个自由度（6DOFs）非同轴刚度偏心结构的动力方程。第二，将建立的动力方程扩展至多层（大于两层）非同轴刚度偏心结构情况。第三，基于顺风向、横风向及扭转风荷载功率谱，并考虑横风向与扭转风荷载间相关性及模态响应间耦合，建立了非同轴刚度偏心结构风致平-扭耦合响应的分析方法。最后，以15DOFs结构为例，通过设置结构不同刚度偏心，数值研究了非同轴刚度偏心对结构风致平-扭耦合响应的影响。     

基于香农采样定理的结构风振时域计算改进

基于同步测点的风压时程数据的响应计算有两种方法:时域法和频域法,它们得到的结果存在一定的差异。针对如何改善时域算法的精度进行研究,提出基于香农采样定理对风压时程数据进行加密的方法。将此方法运用到一个有解析解的两自由度结构算例和一个实际工程算例中,对采样数据量和采样频率都一定的荷载时程数据进行香农插值加密;分别采用插值加密之后的数据与未插值加密的数据进行计算,得到频域和时域结果。通过计算结果的比较得到以下结论:荷载时程数据相同的情况下,对于风致振动响应,频域计算的结果一般比时域计算更精确,时域计算的误差主要由高频部分的误差引起;运用香农采样定理,对已采得的数据进行插值加密,频域计算精度基本不变,但时域计算精度能得到提高。