单层平面索网幕墙结构玻璃与索网协同工作的动力性能研究

采用模型试验和理论分析的方法对单层平面索网玻璃幕墙结构玻璃与索协同工作的动力性能进行研究。首先通过结构自振特性试验研究玻璃对于索网结构频率、振型以及阻尼的影响,然后提出了动力荷载作用下玻璃与索网的协同工作机理,据此建立玻璃与索网协同工作的数值模型,采用该模型从理论上分析了结构的自振特性。理论分析和试验结果表明:玻璃的抗弯效应对结构第一阶模态影响较小,对结构的高阶模态影响比较明显;索网 玻璃结构的阻尼远大于索网的阻尼,玻璃幕墙结构的阻尼比主要是由玻璃提供的。     

单层平面索网幕墙结构的非线性反应谱

单层平面索网玻璃幕墙结构作为一种新型结构形式,以建筑造型美观、构件轻巧纤细,广泛应用于大型公共建筑中,其具有柔性大、阻尼小等特点,且结构具有一定的几何非线性。在对其进行抗震设计时,基于线弹性假设的振型分解反应谱法可能具有一定的局限。为此,首先推导地震荷载作用下单层平面索网结构的非线性振动方程和非线性频率,其次通过计算该模型在四类场地最不利地震动作用下的结构非线性响应,得到单层索网幕墙结构的非线性反应谱,将其和线弹性单质点的反应谱进行比较,最后通过与地震模拟振动台试验结果的对比,证明结论的正确性。     

点支式玻璃建筑单层索网体系的动力特性分析

点支玻璃建筑单层索网体系是一种几何非线性较强的柔性张拉结构,其刚度受索中预应力影响较大。目前专门针对该结构动力特性方面的研究尚不多见。阐述了索网这种柔性预应力结构动力特性分析的特点,编写了相应的有限元程序,对索网自振特性的重要影响因素即几何非线性和预应力进行了研究,表明忽略几何非线性会使结构计算结果产生极大偏羞。索网的自振频率与预应力呈非线性关系,几何非线性和预应力对索网的自振特性的影响具有协同性。     

大跨度张弦桁架结构自振特性和地震响应分析

为了研究大跨度张弦桁架结构的自振特性及其地震响应,首先应用有限元方法对结构的振型进行分析,然后通过时程分析法讨论张弦桁架结构在地震作用下的动力响应,主要研究了不同预应力、撑杆数、拉索横截面积及约束条件对其自振特性和地震响应的影响以及不同地震波对结构响应的影响。分析结果表明,张弦桁架结构的低阶振型以竖向振动为主,预应力、撑杆数、拉索横截面积对低阶振型影响很小,对结构的地震响应影响也很小;但约束条件对结构的低阶振型影响很大,对结构的地震响应影响也很大;结构的响应还与地震波有很大关系。     

考虑玻璃参与工作的单层平面索网幕墙结构静力性能研究

本文采用了模型试验和数值模拟的方法对单层平面索网玻璃幕墙结构考虑玻璃与索协同工作的静力性能进行研究。首先验证了玻璃参与结构的共同工作,对于结构刚度有一定的贡献;然后通过参数分析讨论了索的初始预张力、荷载级别、索的直径、玻璃的厚度、网格的划分等因素对玻璃贡献的影响。研究表明,玻璃参与结构刚度贡献从本质上讲主要由玻璃面的薄膜力大小决定,而玻璃面薄膜力主要取决于单块玻璃自身的挠度和结构的整体挠度。     

单层索网点支式玻璃幕墙的静力性能研究

采用了数值模拟的方法对考虑玻璃与索协同工作的单层平面索网玻璃幕墙结构静力性能进行研究，通过参数分析讨论了玻璃自重、拉索截面积、网格数、风荷载、拉索预应力等因素对玻璃贡献的影响，得到了一些有实用意义的结论。     

Identification of damping ratio and its influences on wind‐ and earthquake‐induced effects for large cooling towers

Standard 5% damping ratio for high‐rise concrete structures is generally used for dynamic analysis under the action of wind and earthquakes in the existing cooling tower regulations and researches. But considering the unique configuration and material attributes of large cooling towers, the actual damping ratio must be far smaller than the recommended. However, only a few field measurements of damping ratio for large cooling towers have been conducted; neither are there thorough investigation into the qualitative and quantification of wind and seismic effects under different damping ratio. To fill this gap, field measurements of a large cooling tower standing 179 m in northwestern China was performed and acceleration vibration signals at representative positions of the tower under ambient excitation were obtained. The vibration signals were preprocessed combining random decrement technique and natural excitation technique. Three pattern recognition methods (auto‐regressive and moving mean model, Ibrahim time domain, and spare time domain (STD)) were applied to analyze the frequencies, damping ratios, and modes of vibration for the first 10 order modes. Following the line of thought of modal combination, the equivalent synthetic damping ratio was derived. Under 5 damping ratios (0.5%, 1%, 2%, 3%, and 5%), a comparative analysis on the dynamic responses of the cooling tower to wind and single seismic loading by using full transient method was performed. On this basis, the patterns of influence of damping ratio on wind‐induced vibration, wind vibration coefficient, and time history and extrema of seismic responses were extracted. Finally, different combinations of dead weight, wind, temperature in winter, sunshine duration, and seismic intensity and those of accidental seismic effects (8 working conditions) were considered, using equivalent synthetic damping ratio and standard damping ratio. Thus, the most unfavorable working conditions were identified under actual and standard damping ratios for the large cooling tower. Our research findings provide reference for determining the value of damping ratio in large cooling towers and deepening the understanding on the influence mechanism of damping ratio.     

单层正交索网结构承载性能研究

采用了数值模拟的方法对考虑玻璃与索协同工作的单层平面索网玻璃幕墙结构静力性能进行研究,通过参数分析讨论了玻璃自重、拉索截面积、网格数、风荷载、拉索预应力等因素对玻璃贡献的影响,得到了一些有实用意义的结论.     

单层索网玻璃幕墙与主体结构地震响应的整体分析

点式玻璃幕墙单层索网柔性支承体系将晶莹通透的建筑玻璃和简洁细小的单层索网有机结合,成为建筑与结构设计融合经典.而当前关于单层索网点式玻璃幕墙抗震性能研究甚少,尤其是主体结构对其地震响应的影响.本文针对不同的主体结构和单层索网的耦合模型,对单独索网地震响应研究进行整体分析.分析结果表明:耦合模型的自振特性具有一定的独立局部自振特性;主体结构对单层索网的地震二次输入影响受主体结构和单层索网自振特性的影响,主要表现为二次输入频谱特性和输入幅值的不同;主体结构对单层索网的地震响应较大,可不同程度的放大或者减弱地震作用;主体结构对索网高阶振型具有激发效应.因而对现有规范玻璃幕墙设计不考虑主体结构的做法提出了挑战,为进一步研究主体结构对幕墙的影响提供参考.     

昆明新国际机场航站楼A区结构模型振动台试验研究

通过对昆明新国际机场航站楼A区结构1/60模型进行地震模拟振动台试验,分析了结构形式复杂的大跨度基础隔震结构模型的设计方法,分别测试了隔震结构模型和非隔震结构模型的动力特性、阻尼比及其在不同地震动输入时结构的加速度、位移、扭转等动力反应,以及大跨度网架的竖向振动等,研究了结构破坏机理和破坏模式。试验结果表明：基础隔震能够有效延长结构的自振周期、增加结构的阻尼比、提高结构的耗能能力;通过基础隔震,可以将水平地震输入加速度峰值降低到原来的40%,对竖向加速度没有降低作用,但通过对水平加速度的降低有效抑制了大跨度网架的竖向振动;烈度8.2度地震作用下隔震结构的位移、加速度、扭转等反应均比7.5度地震作用下非隔震结构的反应要小,且隔震结构在8.2度多遇和罕遇地震作用下结构的层间最大位移角分别为1/636、1/201。试验表明原型结构设计基本合理,采用基础隔震能够有效提高结构的抗震性能,隔震层以上结构在8.2度抗震设防烈度时的水平地震作用小于非隔震结构在7.5度抗震设防烈度时的对应值。最后针对试验及分析结果对原型结构设计提出一些改进建议。图8表4参4     

单层索网幕墙中玻璃与索协同工作的数值模拟

采用了数值模拟的方法对考虑玻璃与索协同工作的单层平面索网玻璃幕墙结构静力性能进行研究,通过参数分析讨论了玻璃自重、拉索截面积、网格数、风荷载、拉索预应力等因素对玻璃贡献的影响,得到了一些有实用意义的结论。     

Dynamic response of discretely damped structures under harmonic and random excitation

One way of minimizing the excitation of a structure under dynamic loading is to include viscous dampers, both within the structure and connected to points of support outside the structure. However, the magnitude of the damping required and the position of the damper is not always easily determined. For multi-degree-of-freedom structures, some modes may not be damped while others may be excessively damped. Excessive damping of one mode may also precipitate other modes of vibration. This paper describes an analysis based on the frequency response method for studying the dynamic response of framed structures under both harmonic and random excitation. Studies of a multi-storey frame structure and a cable stayed pedestrian footbridge are described. These studies include investigations of the location and magnitude of the dampers.     

斜拉型悬索结构形式与受力特性研究

将索桁架和斜拉结构进行组合,构造一种新型索结构体系,即斜拉型悬索结构。张拉背索对结构施加预应力,通过找力和找形得到了结构的初始预应力态,在此基础上进行了结构在满跨和半跨均布荷载作用下的静力、动力特性研究及参数分析,并对该新型索结构体系进行了风振响应计算。研究表明：结构静力荷载 位移关系呈非线性双折线,结构刚度的转折点对应于稳定索边段的退拉松弛;结构的低阶振型表现为桅杆的水平振动叠加屋盖的竖向振动,高阶振型中桅杆水平方向参与很少;增大背索截面面积可有效提高结构刚度和自振频率,稳定索、斜拉索面积对自振频率影响不大;背索预应力值对结构的静力特性影响是线性的,在所有索段具有拉应力时,预应力值对结构动力特性基本无影响,若索出现松弛则结构刚度急剧退化,自振频率陡降;桅杆高度增大,结构刚度下降,桅杆高度对结构的低阶振型和频率影响较大;矢跨比对屋盖竖向对称振动的第2振型有影响,而对反对称的第1振型基本无影响;斜拉型悬索结构的风振系数介于1~2之间。     

Experimental research on the multilayer compartmental particle damper and its application methods on long-period bridge structures

Particle damping technology has attracted extensive research and engineering application interest in the field of vibration control due to its prominent advantages, including wide working frequency bands, ease of installation, longer durability and insensitivity to extreme temperatures. To introduce particle damping technology to long-period structure seismic control, a novel multilayer compartmental particle damper (MCPD) was proposed, and a 1/20 scale test model of a typical long-period self-anchored suspension bridge with a single tower was designed and fabricated. The model was subjected to a series of shaking table tests with and without the MCPD. The results showed that the seismic responses of the flexible or semi-flexible bridge towers of long-period bridges influence the seismic responses of the main beam. The MCPD can be conveniently installed on the main beam and bridge tower and can effectively reduce the longitudinal peak displacement and the root mean square acceleration of the main beam and tower. In addition, no particle accumulation was observed during the tests. A well-designed MCPD can achieve significant damping for long-period structures under seismic excitations of different intensities. These results indicate that the application of MCPDs for seismic control of single-tower self-anchored suspension bridges and other long-period structures is viable.     

基于三维隔震的巨子结构多维地震反应分析

为解决高层结构三维隔震的难题,针对一种巨子结构和基于子结构三维隔震的巨子结构进行振动台试验和三维地震作用下的数值分析。首先介绍了巨子结构的原型结构、缩尺模型结构和振动台试验方案。随后进行了模型结构振动台试验,测量和分析了结构的地震响应,并与数值分析结果进行了对比。最后对原型结构进行了三维地震作用下的地震反应数值分析。试验及数值分析结果表明：在子框架底部设置三维隔震支座不同于基础隔震的形式和减震机理,但仍延长了整个结构的水平和竖向自振周期。数值分析结果与试验结果吻合较好,误差较小。隔震子框架对各类场地地震动作用下的主框架三维地震响应具有明显的调谐减震作用。三维隔震支座对各类场地地震动作用下的子框架三维地震响应具有显著的隔震作用。罕遇地震作用下的隔震层位移反应没有超过隔震缝宽,子框架不会与主框架发生碰撞。     

预应力混凝土框架动力特性的试验研究

通过两榀小比例部分预应力混凝土 (以下称简PPC)框架模型的振动台试验 ,研究预应力混凝土框架结构在地震作用下的动力特性和地震反应 ,主要包括自振周期 (频率 )、阻尼比、振型以及地震加速度反应等。并与相应的普通钢筋混凝土 (以下简称RC)框架模型振动台试验结果进行比较。     

基于模态修复的索网结构关键刚度补偿方法

通过动力模态测试可以便于监测索网结构的刚度。通常仅需测试少量目标模态即可评价对主控荷载作用下的结构变形起主要抵抗作用的关键刚度。针对由预应力偏差引起的结构刚度退化问题,提出了通过补张拉来修复目标模态以实现索网结构关键刚度补偿的方法,建立了索网结构预张力偏差、单元长度误差与结构刚度矩阵变化之间的解析关系,分析了目标模态参数修复与结构关键刚度补偿间的理论关系。给出了一种密频区域内目标模态集合的简便扩展方法。基于矩阵摄动理论,建立了补张拉索的索长调整量与目标模态参数变化量间的方程。对于限定补张拉索数量的情况,采用补张拉索的优选策略以提高目标模态参数的修复精度。利用所提出的方法对一个具有预应力偏差的马鞍形索网结构算例进行了补张拉分析。计算结果表明,通过目标模态修复和补张拉索优选可以有效实现索网结构关键刚度偏差的补偿。     

轻钢增层房屋阻尼比确定的能量法

阻尼比是反映结构耗能能力的参数,对结构的振动反应有着重要影响。目前结构设计阶段通常取阻尼比为常数,这不能真实反映建筑物的阻尼机理,与阻尼比的实测结果也有很大的差距。本文基于复阻尼理论,采用能量法推导了增层房屋任意振型阻尼比的计算公式,提出了地震反应谱的修正方法,并利用Matlab工具语言编制程序对此方法进行实现。最后,通过对一个数值算例结果的分析,验证了本文方法的可行性和实用性。     

高振型对高层建筑顶部钢塔楼地震反应的影响分析

采用基于振型分解的结构动力响应分析方法计算了江苏省电网调度中心顶部钢塔楼在地震作用下各阶振型的地震响应。研究了高阶振型对顶部钢塔楼地震反应的影响,从而分析了高阶振型在钢塔楼地震反应中的影响程度。分析表明,由于顶部钢塔楼的“鞭梢效应”,采用振型分解反应谱法计算塔楼地震反应时需要合理地确定计算振型数以正确地估计塔楼的地震反应。