钢结构高层住宅的风振模型与风振特性研究

为探讨高层钢结构风振计算模型的合理性和风振响应特性,对某钢结构高层住宅进行了风洞试验,得到了建筑表面的风荷载时程;建立面向风振分析的弹性楼板精细模型、刚性楼板精细模型和简化层刚片模型,将测得的风荷载时程分别施加于三种模型,按随机振动理论计算得到了各模型在不同风向角下的顺风向、横风向和扭转向风振响应统计值,并与相关规范方法结果进行比较。结果显示:结构的峰值位移响应虽由顺风向控制,但加速度响应由横风向控制,扭转向加速度接近于顺风向;基于刚性楼板假定的风振分析所带来的偏差并不大,但采用简化层刚片模型及规范方法求得的扭转向位移可能偏不安全。     

中信广场风场特性与结构响应实测研究

利用超声风速仪和加速度传感器现场实测了中信广场在台风"达维"的作用过程中的风场特性、建筑物表面风压以及加速度响应时程,分析了平均风速、平均风向的变化历程,以及纵向、横向和竖向风速谱特性和加速度响应谱特性。结果表明,中信广场顶部的风速谱与von Karman谱较为接近,通过现场实测的加速度响应谱得到中信广场的固有频率比有限元模型的计算结果大32%,分析认为由于非结构构件参与工作,增加了结构刚度以及结构没有满负荷工作,结构的实际质量小于有限元分析中的计算质量。     

格构式塔式起重机风致响应研究

为研究格构式塔式起重机在强风作用下的风致响应特征,建立1∶1结构有限元模型,结合谐波合成法模拟不同高度处的风速时程,并作为结点荷载作用于有限元结点上,计算得到塔式起重机不同结点处的风致加速度响应,基于加速度响应时程得到不同节段风振系数。研究结果表明,塔式起重机模态振型密集,属于风敏感结构;塔顶最大加速度响应发生在0°风向角,达4. 1m/s2;塔臂加速度响应发生在斜向风作用下,0°风向角最小;数值计算得到最大风振系数为2. 31,与规范值(2. 24)较吻合。     

基于风洞试验的对称截面高层建筑三维等效静力风荷载研究

基于刚性模型表面测压风洞试验建立高层建筑三维风荷载模型,进而运用振型加速度法求解风振响应动力方程,得到了包含拟静力项和惯性力项的弹性力响应解,并推导了对称截面高层建筑顺风向、横风向和扭转向风致随机内力响应。在此基础上提出了基于内力响应等效的可考虑高阶振型贡献的对称截面高层建筑顺风向、横风向和扭转向等效静力风荷载计算方法。结合某一对称截面高层建筑工程实例,对采用上述方法计算得到的结构三维等效静力风荷载进行分析并与我国规范方法顺风向等效静力风荷载计算结果进行比较。结果表明,高层建筑结构抗风设计应该考虑三维等效静力风荷载,且二阶振型对高层建筑等效静力风荷载的贡献不可忽视。     

矩形高层建筑结构扭转风振反应时程的分析计算

根据Davenport脉动风速谱函数与日本规范中提出的横风向脉动风力谱系数函数模拟的顺风向与横风向脉动风压时程,采用Newmark法计算了一栋高68m的高层建筑物的风振扭转动力反应时程。计算时考虑了顺风向脉动风压与横风向脉动风压的联合作用。计算结果表明:结构扭转振动加速度响应以共振响应为主,非共振响应仅占次要的部分,这与谱分析法得出的结论是一致的,从而说明了计算结果的正确性。这对于正确估算结构的扭转风振反应值,为高层建筑风振控制措施设计提供参考依据是有一定意义的。     

高层住宅钢结构的风振特性与合理模型研究

以一幢103m高的高层住宅钢结构为案例,通过风洞模型试验和动力时程分析,获得了结构的风振位移和加速度响应.在风振分析中,构建了一种基于柔度概念并由柔度矩阵求逆形成刚度矩阵的结构简化计算模型,并与常用的剪切层模型进行了比较.结果显示,对于百米高的高层住宅钢结构,其风振位移响应虽由顺风向控制,但加速度响应则会转由横风向控制,而扭转向响应也不可忽略;文中建立的简化计算模型与剪切层模型相比更具合理性.     

基于风洞试验的高层建筑钢结构风致加速度研究

对钢结构高层建筑群中的典型狭长形建筑进行了表面风压的风洞模型试验,分别考虑了建筑为单体和群体的情况。利用试验获得的风荷载时程对该高层结构进行风振响应的动力时程分析,并着重对得到的与风致舒适度关联的加速度响应进行分析和讨论,对比群体效应对顺风向、横风向和扭转向峰值加速度的不同影响。结果表明,对于平面为狭长形的住宅钢结构高层建筑,扭转效应引起的风致峰值加速度不容忽略;而群体效应一般对结构的加速度呈增大趋势,而且对横风向及扭转向的增大程度通常大于对顺风向的程度。     

基于完全气弹模型风洞试验输电塔风荷载识别

按照基本缩尺律,设计、制作了输电塔完全气弹模型,并通过大气边界层风洞试验,测试了多种风速、风向条件下输电塔的位移与加速度响应。通过加速度响应功率谱识别出结构的固有频率,并采用Hilbert-Huang变换结合随机减量法识别出包含结构阻尼和气动阻尼的结构总阻尼。利用虚拟激励法建立了由测点位移响应来识别结构顺风向、横风向风荷载的方法。由识别出的风荷载谱曲线,利用非线性最小二乘法拟合得到输电塔顺风向、横风向风荷载经验公式。研究结果表明：风洞试验设计、制作的输电塔气弹模型,测试得到的模型第1阶自振频率与有限元计算结果吻合较好;横风向荷载谱形态与顺风向的相比有较大的区别,其能量分布在一个更宽的频带上,其峰值频率是顺风向的3～4倍。     

某典型细长索膜结构风振效应的数值模拟分析

基于计算流体动力学(CFD)和结构有限元方法,数值模拟分析桅杆支承式细长型索膜结构风振效应.运用谐波叠加法模拟生成风速时程,并与SSTk-ω湍流模型结合作为风场计算域入口条件,运用ADINA有限元软件,数值计算考虑风致流固耦合作用的某典型细长索膜结构关键响应,包括索膜结构节点的风致位移响应、速度响应、加速度响应等,分析不同风向角对索膜结构风致效应的影响,计算获得基于结构风致位移响应的风振系数.研究成果可为工程抗风设计提供技术依据.     

高层住宅建筑风荷载特性及风致响应

对某复杂体型高层住宅建筑进行了实际工况和三种不同高宽比单体工况下的刚性模型测压风洞试验,通过数据整理计算得到各工况下结构的轴向整体风力系数、加速度和位移响应值,进而研究了周边建筑干扰和高宽比变化对结构的风荷载及风致响应的影响。结果表明:干扰使得结构整体风力系数偏小,高宽比变化对整体风力系数的影响基本可以忽略,但由于结构体型复杂,值达1.52,超出规范对类似矩形结构建议值;干扰使得结构响应沿风向角变化较大,随着高宽比的增大加速度和位移响应增大,加速度响应主要体现在横风向,位移响应主要体现在顺风向;单体结构的风荷载与风致响应最不利风向角不一定为来流沿两个主轴的风向角,进行抗风设计时应注意与类似单体矩形结构的这种区别。     

频率洪水对水环境质量的影响研究

以二维水动力学模型为基础,建立二维水质模型方程,通过不同频率下的洪水对水环境质量影响的数值模拟计算与研究,得出洪水流量对水环境质量起着主导性作用,指出有机物污染物质在低频率洪水下水环境质量明显优于高频洪水,同样,高频率洪水下重金属污染物浓度有大幅度提高的趋势。     

行走激励下大跨度空腹夹层板结构振动舒适度分析

随着大跨结构的发展,舒适度已成为评价楼盖结构性能的重要指标。针对大跨度空腹夹层板楼盖,考虑行走路线和步行频率影响进行了振动响应计算。分析表明,空腹夹层板的自振特性类似于实心平板,低阶振型主要表现为竖向振动;采用行走路线法评价楼盖舒适度时,应根据实际情况采用较长的路线并使其通过低阶振型中心;定点激励法计算的峰值加速度要低于通过低阶振型中心行走路线的计算结果,据此评价楼盖舒适度是有局限性的;楼盖上不同感受点的加速度响应峰值是不同的,较大的加速度响应峰值只出现在低阶振型中心周围。     

真空平板玻璃动态响应数值计算与试验研究

采用弹性动力学方法,建立了真空平板玻璃的动力学分析模型,计算出真空平板玻璃在动态载荷下的响应特性.通过对真空平板玻璃动态特性的试验研究,得到了其动态响应特性,并对比了试验结果与计算结果,验证了理论分析的可靠性.试验结果表明：随着振动频率的增加,真空平板玻璃动态响应呈先增加后减小的变化趋势,随着与中心处距离的增大,真空平板玻璃动态响应呈减小的趋势;当外部激振频率达到50Hz时,真空平板玻璃会产生强烈的共振现象,从而破坏真空平板玻璃正常工作特性,影响其结构可靠性及工作稳定性.     

地震波频率对岩质斜坡加速度动力响应规律的影响

 斜坡在地震作用下的动力响应是地震波各频率组分与斜坡体共同作用的结果,不同的地震波频率将产生不同的斜坡响应。依托于振动台模型试验,针对均质和层状结构模型斜坡,首先分析试验不同阶段白噪声激振下的动力特性,得出两模型斜坡的共振频率呈现降低趋势,模型内部结构趋于松散,且水平向加速度的第1阶共振频率要低于竖直向加速度的第1阶共振频率。着重分析斜坡加速度动力响应规律及其与地震波频率变化的相关性,结果表明：(1) 两模型的水平向加速度响应在相对坡底高程(h/H＞1/2)时具有明显的高程放大效应,竖直向加速度响应的高程放大效应出现在h/H＜3/4的部位,且这一特征与激振频率的大小无关;(2) 在同等激振强度下,随着激振频率增大,越靠近模型斜坡的共振频率,两模型斜坡水平向加速度的响应程度也越高,而竖直向加速度响应强度与激振频率的相关性因模型斜坡结构不同而异;(3) 激振强度增加时伴随的模型结构恶化(即共振频率降低)并不一定导致加速度响应强度的减弱,相反,高频激振波由于更加接近模型的共振频率,使得响应减弱的可能性变小;(4) 层状结构模型斜坡的加速度响应强度大于均质结构模型斜坡,当激振强度较大时,这种层状结构效应与激振频率的相关性增强,表现为随着激振频率增大,该效应对水平向加速度而言逐渐明显,对竖直向加速度而言则相对减弱。     

基于振源-传播模型的地铁引起地面振动数值预测

针对上海地铁运行引起地面振动的预测问题,应用振源模型计算不同车速对轨道基础的激振力,应用传播模型计算不同激振力输入下的地面振动加速度,建立了“地铁-隧道-土层”系统动力有限元模型。通过对比数值模拟结果与实测结果,分析了不同因素对地铁引起地面振动的影响规律。结果表明:随着地铁车速增加,振源激振力和地面振动加速度的幅值均明显增大;地面上距地铁中心线30 m范围内各点振动加速度峰值随距地铁中心线距离由近及远呈幂函数形式衰减;地面振动加速度频率主要为低频振动,随着距地铁中心线距离的增大,高频衰减相对于低频更为明显;建议上海地区建筑尽量在地铁中心线20 m范围外进行规划,或采取降低设计车速、减轻车辆荷载、优化隔振措施等方法,减少地铁运行引起地面振动对地面建筑及居民生活的影响。     

熊渡隧道小净距段爆破振动监测与分析

结合熊渡隧道群爆破震动监控量测实践,阐明小净距隧道在爆破震动作用下的动态响应规律。结果表明：近爆源作用下的临近隧道应引入多参数的震动安全判据来执行严格的爆破控制;震动速度主要取决于爆心距和测点位置,爆心距越小震动速度越大;中夹岩墙上的爆破震动速度最大,其次是拱肩、拱脚上的测点;各测点的径向震动速度大于垂向,垂向大于切向;震动频率是径向小于切向,切向小于垂向,并且各测点切向震动速度和频率都接近于三矢量合成后的速度和频率。所以,相似条件下隧道爆破震动控制可以只监测与爆源断面相同的中夹岩墙上的径向震动,从而简化爆破震动监测。     

隧道瞬变电磁多点阵列式探测方法研究

 针对传统的隧道瞬变电磁探测与解释仅主要依靠二维视电阻率断面图的不足,借鉴地面大回线中心装置瞬变电磁的观测方式,提出隧道瞬变电磁多点阵列式探测方法。研究瞬变电磁非中心点垂直分量频率域响应双重贝塞尔函数强振荡型积分的计算方法,以中心点频率域响应多项式为基函数,定义多项式形式的非中心点频率域响应表达式,通过最小二乘拟合的方法得到多项式系数。推导瞬变电磁非中心点时间域响应公式,在瞬变电磁场晚期近似条件下,给出非中心点垂直分量晚期视电阻率公式,实现隧道瞬变电磁探测时观测回线内非中心点垂直分量响应能够转换为视电阻率图像进行解释,为隧道瞬变电磁多点阵列式探测提供理论基础,提出利用隧道瞬变电磁阵列式探测响应数据进行三维视电阻率综合解释的方法。在理论研究的基础上,结合现场试验,开展隧道瞬变电磁多点阵列式实际探测研究,对隧道底板下方含水构造进行多点阵列式探测,对探测结果进行对比和解释,形成三维视电阻率图,分析得到含水构造的三维空间展布规律。     

开口截面双索面斜拉桥动力特性研究

开口截面斜拉桥的自由扭转刚度较低,其翘曲刚度和自由扭转刚度相比不可忽略,采用模型的不同将严重影响扭弯频率比,而扭弯频率比对颤振起至关重要的影响,故扭转刚度的正确计算是抗风分析的关键。在分析开口截面斜拉桥的结构构造特点的基础上,考虑各种参数（索的非线性,索的振动,主梁质量中心和剪切中心间的偏心）对斜拉桥的自振特性的影响,对开口截面的桥面采用三种有限元模型,建立了空间三维计算模型．并将其应用于江苏省灌河特大桥的动力特性的计算。通过对三种有限元建模方式的计算结果的比较,说明三主梁模型应用于开口截面双索面斜拉桥是适用的。     

电液伺服阀频率响应测试误差分析

建立了电液伺服阀频响测试系统的数学模型,利用数值计算软件仿真分析了动态缸和低通滤波器特性对电液伺服阀频响测试的影响,并进行了试验验证。分析表明:动态缸固有频率越高,动态缸特性对被测阀频响的影响越小,三阶低通滤波器测试精度最佳;降低滤波器增益、提高滤波器转折频率能够增强系统稳定性;阀低频测试精度随滤波器增益和带宽的降低而提高。     

基于小波分析的砂浆锚杆锚固质量缺陷评价

对深基坑支护中常用的岩土锚杆进行锚固质量无损检测的关键是对采集的动态加速度曲线进行合理的分析。为此,分别设计了三种不同工况模型:无缺陷、一个缺陷和两个缺陷的锚杆模型。通过敲击试验,采集到加速度响应曲线后,利用Matlab程序在计算机上实现波形重现,然后采用小波分析等方法对振动波形进行对比分析,建立振动波形与各工况之间的内在联系,以反映锚杆锚固质量的三个度量参数,亦即一次行波周期、时频谱中的频率值和能量衰减程度。结果发现:通过时域波形和时频谱可正确反映不同锚固状态下的动力响应规律,即锚固质量越好,锚杆中应力波衰减就越快。