桅杆结构在地震作用下的非线性动力分析

本文利用虚功原理,基于修正的拉格朗日列式,得到桅杆结构增量形式的非线性有限元动力方程。在此基础上,以地震波为激励,计算了桅杆结构受地震作用的非线性位移、加速度动力响应,并对桅杆结构在纤绳初应力变化下的抗震性能进行了分析。     

Dynamic response of guyed masts

Natural frequencies of guyed masts were determined by modelling the mast as truss elements in one model and as beam-column elements in another model. Guys were modelled as cable elements in both cases. The natural frequencies from the two models agreed closely with each other. For the purpose of verification of the finite element modelling, two triangular steel latticed scale-modelled guyed masts were fabricated and tested on a shake table specially designed to test guyed masts. The experimental results were in good agreement with the results from the finite element analysis. The finite element modelling was then applied to six existing towers which are representative of the design practices in Canada. Based on the results of these analyses, the influence of ice accretion, guy initial tensions and torsion resistors on the dynamic characteristics of the guyed masts is discussed.     

Nonlinear dynamic response of a guyed tower to a sudden guy rupture

The geometrically nonlinear dynamic response of a three-dimensional model of a guyed tower, when a selected guy suddenly ruptures, sending an impulsive shock to the entire structure is studied. The sudden rupture of a guy is simulated by the instantaneous removal of its end tension, applied as an external force at its mast attachment point. A 500 ft tall tower with three stay levels was analysed. The analysis was performed for a nominal wind speed acting in the plane of the ruptured guy, assumed to be a windward one. The mast was modelled by a three-dimensional space truss and the guys by three-dimensional elastic catenaries.     

基于频域的桅杆结构风振疲劳分析

本文基于随机振动理论对实测的桅杆结构风洞试验数据进行处理,分析了桅杆结构风振响应的频谱特性,并且从频域着手通过简单的数值运算求得足够精确的等效应力用于计算桅杆结构的风振疲劳寿命,避免了雨流点法极大的工作量。     

桅杆结构的动力稳定性分析

推导了弹性结构体系在任意动力荷载作用下的动力稳定性判别准则,用此准则对实际桅杆结构在随机风载下的动力稳定性进行分析,并在总结桅杆结构动力失稳的特性和规律的基础上,提出了简化的位移判别准则。     

桅杆结构风振响应及疲劳研究进展

桅杆结构是一种高柔结构,在风荷载作用下由于纤绳和杆身的相互作用,表现出较强的非线性特征,结构响应非常复杂。本文对桅杆结构特点进行了分析,介绍了关于桅杆结构风振响应的研究进展,以及在理论分析中时域、频域及其它的分析方法,总结了近期关于桅杆的风洞试验及现场实测工作。由于桅杆在随机风荷载下的疲劳破坏是一种主要失效形式,本文给出了考虑响应宽带性及非Gauss性的疲劳分析方法,并总结了在桅杆疲劳及可靠性研究方面的进展。最后对桅杆结构需要进一步研究的一些热点问题进行了讨论。     

特高压拉线式悬索塔风洞试验研究

拉线式悬索塔由双立柱支撑结构及拉线悬索系统组成,在概念和设计上均较为简洁。然而由于其高耸特点,因此是风敏感结构。为测试该类结构的风振响应特点,进行了塔线体系气动弹性模型的风洞试验。试验结果表明:在紊流风场中,立柱的顺风向风振响应与横风向属于同一量级;随风速增加,背风侧拉线趋向松弛,背风侧立柱受压减小;而迎风侧拉线则越趋张紧,迎风侧立柱受压增加,因此,需特别关注迎风侧拉线断线及迎风侧立柱受压稳定问题。     

桅杆结构的非线性分析

本文叙述了按空间受力状态,采用矩阵位移法对桅杆结构进行精确的非线性分析问题。文中给出的计算公式可适用于一般情况下平地与山地桅杆的静力、温度应力、支座沉降、自振特性和抗地震计算。本文的结构分析考虑了桅杆杆身的轴向变形,纠正了计算桅杆温度应力所沿用的不确切的分析方法。文中的理论分析得到了模型试验的验证。首都323米大气污染监测塔的结构计算,采用了本文的计算方法及其计算机通用程序。     

碳纤维索(CFRP)斜拉桥的抗震性能分析

为研究特大跨度碳纤维索(CFRP)斜拉桥的抗震性能,以主跨为1700m的钢斜拉桥为例,运用三维非线性有限元理论进行抗震性能分析。分析结果表明,特大跨度斜拉桥采用碳纤维索后:(1)减小了桥梁的最大内力值,改善了结构的受力状态;(2)桥梁的变形特征基本接近。因此,从抗震性能方面考虑,特大跨度斜拉桥采用碳纤维索是可行的,斜拉索截面的确定建议采用等刚度的方法。     

斜拉网壳结构的构件分析和非线性动力计算

斜拉网壳结构是空间网壳结构与柔性拉索族系的有机结合。文中导出了空间杆单元几何非线性刚度矩阵,阐明了斜拉索的非线性特性和塔柱计算,给出了结构非线性动力响应计算策略并做数值分析。计算表明,该类结构频谱密集,且自振频率明显高于对应的网壳结构;反应谱法与时程分析法的计算结果差别较大,因此对大跨度（斜拉）网壳结构须用后者验算。     

大跨度悬索桥地震反应分析及其抗震性能评价

对一座大跨度悬索桥进行了地震反应谱分析和线性、非线性的地震时程分析,并在此基础上对该桥进行了抗震性能验算.反应谱分析考虑了周期和阻尼比调整,时程分析时考虑了地震动空间变异性的影响,非线性分析考虑几何刚度变化、大位移以及梁柱效应的影响.抗震性能验算分为强度验算和位移验算.     

桅杆结构振动特性简化计算

将桅杆结构振型表示为三角级数形式 ,基于Lagrange第二方程 ,推导弹性支座连续梁模型简化振动方程。给出了不同情况下桅杆结构低阶频率和振型的实用计算表格 ,并通过计算实例与有限元方法进行比较 ,两者结果吻合较好     

兆瓦级风力发电结构地震作用研究

近年来,国内外的风力发电发展迅速,位于地震高烈度区的风电场越来越多,风电结构的抗震设计日趋重要。然而,目前国内外还没有针对风力发电结构抗震设计的成熟标准。虽然IEC等规范给出了简略的风电结构抗震计算方法,但这些简化对于这种特殊的高耸结构是否准确合理还需要验证。为了论证IEC简化方法、底部剪力法、振型分解反应谱法等国内外的规范方法对风力发电机构地震作用评估的合理性,文中采用这些规范方法对风电结构的地震作用做了分析。选取了一组实际地震波,使它们的反应谱与规范反应谱相接近,用这一组实际地震波的反应谱对风电结构进行振型分解反应谱法计算。计算结果与规范反应谱方法很接近,说明这组地震波能够反映规范反应谱的特性。以这组地震波作为输入,用有限元方法对风电结构进行了地震作用计算。通过对规范方法和有限元方法的结果进行比较,发现规范方法在风电结构的抗震设计中是偏于保守的。     

Investigation of wind-induced fatigue in tall guyed steel masts

This paper describes full scale instrumentation and analysis of tall guyed lattice masts to correlate wind speed and direction with structural stresses, particularly in welds. It outlines a method of predicting residual fatigue life from past meteorological records, where regular inspection is difficult.     

桅杆结构风洞试验研究

本文介绍了国内首次桅杆结构风洞试验,记录了格构式和单筒式桅杆模型的自振特性和风振响应测试结果。试验结果表明：①桅杆结构的非线性程度随风速的增大而增强;②桅杆结构在风振计算中应考虑多阶振型的影响,随着风速的加大,高振型的贡献增加;③在顺风荷载作用下,桅杆结构可能出现横风共振和混沌现象。     

Dynamic stiffness matrix of an inclined cable

The free vibration analysis and a dynamic stiffness matrix for an inclined cable are presented. The cable is assumed to have an elastic catenary profile, and its chord-wise component of the self-weight and damping are considered. After linearization of the equations of motion, closed-form solutions of free vibration are derived. Based on the solution of free vibration of a cable with displaceable boundaries, the dynamic stiffness for each degree of freedom is derived by applying each harmonically varying boundary displacement and the dynamic stiffness matrix is assembled. The dynamic stiffness coefficient derived in this study is compared with other closed-form solutions. The characteristics of the dynamic stiffness coefficient and the effects of damping are investigated. The dynamic stiffness matrix for an inclined cable can be usefully applied to the dynamic analysis of cable-supported structures such as cable-stayed bridges or guyed masts.     

Nonlinear discrete analysis method for random vibration of guyed masts under wind load

Based on the idea of the discrete analysis method of random vibration, the paper studied the wind-induced response of guyed masts, the Gaussian close assumption is adopted to close the mean square equations when taking into account the nonlinearity of cables. The wind load is generated from spatially correlated filtered white noise. The discrete random vibration method can calculate accurate mean and mean square responses, the wind responses analysis for a numerical example demonstrate this point, and the results of discrete random vibration method is close to the results of experiment through wind-induced response analysis of a wind tunnel experiment model.     

脱硫塔结构的有限元分析及动力简化计算

利用有限元方法对某电厂烟气脱硫吸收塔进行结构计算分析,得到塔体的频率、振型等动力特性,然后对塔体结构建立等效简化地震反应分析模型.分别对实体模型和简化模型输入地震波,进行动力分析,研究塔体结构的抗震性能,数据比较表明:实体模型与简化模型的地震反应吻合较好.建议在设计脱硫吸收塔结构时可采用此简化方法对其进行地震作用的计算分析,以满足工程设计的实际需要.     

规则结构抗震性能评估的改进能力谱方法

通常结构抗震性能评估的能力谱方法只能考虑结构的第一振型,不能考虑高振型对结构反应的影响,因而得到的结果具有一定的误差。通过引入等效振型和等效振型参与系数,建立一种可以考虑高振型影响的等效单自由度体系,利用结构抗震性能评估的能力谱方法对结构进行抗震性能评估。这种方法可以避免对结构进行复杂的非线性动力时程分析,而且能够得到比动力时程分析更多的结构抗震信息。实例分析表明,在结构的弹性反应阶段高振型对结构位移反应的影响并不显著,但是在非弹性反应阶段,高振型对结构位移反应有较大的影响;通常能力谱方法得到的评估结果比结构的实际反应要小,偏向于不安全的一面,建议的方法能够得到比较合理的结果。     

基于Davidenkov骨架曲线模型的修正不规则加卸载准则与等效剪应变算法及其验证

非等幅循环荷载作用下,采用"扩展Masing"法则修正应力–应变滞回曲线时,程序的实现过程中需要预留大量的状态变量。针对该问题,提出了Davidenkov本构模型的不规则加卸载修正准则,以代替"扩展Masing"法则中的"上大圈"准则。通过等效剪应变算法的比选,给出了加卸载判据简单且精度更高的等效剪应变算法。基于ABAQUS软件的显式模块,开发了基于不规则加卸载准则的修正Davidenkov本构模型的显式子程序模块,适用于大规模二维和三维场地非线性地震效应分析。选取Mississippi湾500 m深的钻孔作为计算模型,通过与一维场地非线性地震效应分析专业程序Deepsoil计算得到的输入不同强度地震动下的地表峰值加速度、PGA=0.65g的场地地震反应的对比分析,佐证了提出的Davidenkov本构模型不规则加卸载准则与等效剪应变算法的合理性。