内置有水平挡板的矩形储液器非线性晃动分析

该文以内置有水平挡板的矩形储液器为研究对象,对储液器的非线性晃动问题展开研究。利用势流理论和虚功原理,推导了由水平挡板引起的储液器非线性阻尼比(非线性体现于波高有关)的计算公式,同时考虑水平挡板对储液器晃动频率的影响而对非线性阻尼比计算公式进行了修正。结合液体晃动的非线性分析理论,研究了水平挡板处于不同位置、挡板长度不同时储液器的液面波高与晃动力变化情况。利用Fluent软件进行了数值模拟,并与理论模型分析的结果进行对比。结果表明:当水平挡板靠近储液器底部或长度较小时,储液器内液体的非线性晃动现象较明显,利用非线性三阶模态方程推导得到的波高、晃动力与数值模拟结果较接近,而仅考虑一阶线性响应会明显低估储液器液面波高,但其求解的晃动力却与考虑非线性值的状况基本一致;随着挡板到自由液面距离的变小或挡板长度的增大,储液器液面波高、晃动力幅值减小,液体晃动呈线性变化,说明水平挡板靠近自由液面或增大其长度时能够提高储液器的阻尼比,进而也更能抑制液体的非线性晃动。同时水平挡板逐渐靠近自由液面或长度逐渐增大时,储液器晃动频率逐渐减小,减小的幅度分别可达到5.7%~28%。     

基于遗传算法的摩擦摆TMD系统参数优化分析

为使高层建筑顶部设置双向摩擦摆(FPS-TMD)系统的风振控制效果达到最优,本文采用自适应基因遗传算法,对此类被动控制系统的滑道摩擦系数和两个方向滑道半径的优化设计进行相关研究。并以广州新电视塔为实例,以顶部有无设置FPS-TMD系统的主体结构顶部风致位移或风致加速度均方根之比最小为风振控制优化设计的目标函数,采用自适应基因遗传算法,利用精英保存策略、自适应交叉和变异算子,以及自适应罚函数处理主体结构的风致层间位移约束、顶层风致位移和顶层风致加速度响应约束条件。优化分析结果表明,采用本文的自适应基因遗传算法,可以有效地对顶部带双向摩擦摆TMD系统的高层建筑,进行风振控制条件下的系统参数优化分析。     

实测风场风速风向耦合的三维非平稳特征研究

为了获取考虑风速风向耦合效应的实测风场非平稳特征，在获取三维脉动风速时程的过程中，采用EMD方法建立了三维脉动非平稳风速模型，并推导出了脉动风速时程表达式，进一步发展了风速时变标准差、时变湍流强度的概念。以高层建筑实测台风数据作为算例，并与平稳风速模型进行对比分析，验证了非平稳风速模型的准确性和优越性：不需要选取基本时距；时变的物理量能反映微观特征，更能反映风速的非平稳性。通过平稳度指数检验了数据分析过程的平稳性特征，结果表明：风速在频域内的平稳性指数随着频率的增大而逐渐增大；不考虑风向时，风速的平稳性指数大小是与风速的变化速率相关的；非平稳风速模型所计算的脉动风速平稳性较平稳性模型方法所分析结果有所改善。     

内置有挡板的矩形水箱阻尼比估算方法比较分析

该文以一矩形水箱为研究对象，假定水箱底部受到的外加激励为正弦激励，利用能量耗散原理和虚功原理两种方法，分别推导了底部安装有多块垂直挡板和左右侧壁对称安装有多组水平挡板的矩形水箱线性阻尼比估算公式。一方面，分析和讨论了挡板宽度、挡板所在位置、水深比及激频比对水箱系统线性阻尼比的影响；另一方面，把阻尼比数值估算结果与已有实验结果进行了对比分析。该文研究结果表明:在线性条件下利用能量耗散原理和虚功原理推导的矩形水箱阻尼比估算公式具有一致性，且都具有较好的估算效果；同时激频比对矩形水箱的阻尼比影响较大，不可忽略。该文研究结果对内置有多种类型挡板布置形式的矩形水箱阻尼比的估算具有一定的参考价值。     

Wind tunnel testing of wind pressures on a large gymnasium roof

A wind tunnel test was conducted for a large steel gymnasium structure. Simultaneous pressure measurements were made on its entire ellipsoidal roof in a simulated suburban boundary layer flow field. Special attention is paid to the characteristics of fluctuating wind pressures in different zones on the roof. Some selected results are presented: 1) correlations between fluctuating wind pressures on both roof surfaces, 2) eigenvalues and eigenvectors of covariance matrices of the fluctuating wind pressures, 3) probability distributions of the fluctuating wind pressures, and 4) statistical characteristics of peak factor. Furthermore, the applicability of the quasi-steady approach is discussed in detail. Based on the results, an empirical formula for estimating the minimum pressure coefficients, using a peak factor approach, is presented. Comparison of the minimum pressure coefficients determined by the proposed formula and those obtained from the wind tunnel tests is made to examine the applicability and accuracy of the proposed formula.     

竖向布置沿高度内缩的某超高层建筑施工模拟分析

以竖向布置沿高度多次内缩的某超高层建筑为研究对象,采用了有限元分析软件ETABS,对该结构进行了全过程的施工模拟力学性能分析。对其分别考虑一次性整体加载、不考虑混凝土收缩徐变和考虑混凝土收缩徐变,各施工楼层的竖向位移、水平位移和部分主要构件内力的变化情况,以及施工至部分主要楼层时考虑外筒框架向阳面与背阳面温差作用对结构水平位移的影响。结果表明:对于竖向布置沿高度多次内缩的超高层建筑结构,对其结构水平位移的分析与对竖向位移的分析同等重要;考虑混凝土收缩徐变时,其对施工期结构竖向变形的影响明显要大于其对结构水平变形的影响,特别是在此类建筑的后期施工和使用阶段;考虑向阳面与背阳面温差与否对结构水平位移影响较为明显。施工模拟分析结果对竖向布置沿高度内缩的超高层建筑在施工期的变形质量控制具有重要的指导意义。     

复杂体型大跨屋盖风荷载特性研究

结合深圳市民中心风洞试验结果,分析了复杂体型大跨屋盖的平均风压及均方根风压分布特性,结果表明:风吹经屋盖上翘角部时由于流线分离所产生的漩涡,导致屋盖角部的平均风压和极值风压都远大于屋盖中部。同时还给出屋盖表面典型测点的三维功率谱,结果表明:屋盖测点风压的能量基本集中在迎风状态的低频部分,尾流和高频部分的风压能量较小。     

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。     

顶部带FPS-TMD系统的高耸结构风振控制效益分析

将摩擦摆FPS和调谐质量阻尼器TMD系统相结合,建立和推导了顶部带FPS-TMD系统的高耸结构在风荷载作用下的风振控制非线性动力方程,讨论了利用Newmark-β法和迭代法结合求解上述非线性动力方程的解法。以广州新电视塔为例,通过选用影响其风振控制效果的不同参数(主体结构阻尼比,主次系统质量比,滑道不同摩擦因数以及滑道半径等)作用下的主体结构风致位移和加速度对比,对顶部带FPS-TMD系统的高耸结构风振控制效益进行综合分析。分析结果表明,相比无控结构而言,在不同控制参数情况下FPS-TMD系统具有不同的减振效果,通过合理选择FPSTMD系统的控制设计参数,可使得主体结构能够达到最佳减振效率。     

杆系结构位移及应力灵敏度分析的解析法研究

结构优化设计中的灵敏度分析是指约束函数对优化设计变量的导数,它是最优准则法等许多结构优化算法能够高效迭代收敛计算的基础。本文首先阐述了有限差分法及基于虚功原理的简化法在约束函数灵敏度分析上的不足,然后从有限单元法求解的逆过程出发,根据线弹性分析中的空间梁单元刚度矩阵元素的组成特点,提出了基于通用有限元软件计算结果的空间梁单元杆端结点内力、结点位移及杆端应力等灵敏度分析的解析表达式,最后通过两个算例对本文提出的算法进行了验证。结果表明:利用本文所提出的相关灵敏度计算的解析表达,只需进行一次线弹性结构分析,并将有限元分析结果当作已知量,即可方便且准确地得到线性结构系统的位移及应力灵敏度。另外,本文利用大型通用有限元软件SAP2000基于MATLAB系统的应用程序接口(API)开发环境,实现了两款软件的数据交互及无缝链接进行灵敏度分析的高效平台,本文提出的方法适用于大型复杂结构的灵敏度分析并可为其他工程结构优化提供参考。