Kiewitt型弦支穹顶结构自振特性研究

弦支穹顶结构的自振特性是其本身固有的重要力学性能.运用有限元方法,基于ADINA软件建立了大跨度Kiewitt型弦支穹顶结构非线性动力特性分析的有限元模型.首先对35.4m跨度的K6型弦支穹顶结构进行了自振性能分析,得出结构前15阶自振频率及振型,由于弦支穹顶结构的对称性,其前15阶自振频率数值密集且变化均匀,说明结构的刚度分布均匀合理;前两阶振型水平与竖向振动同时存在,后几阶以竖向振动为主.着重针对环索预应力、撑杆长度、杆件截面、矢跨比四个因素对自振频率的影响进行了分析,拉索预应力及杆件截面对自振频率的影响非常小,矢跨比是影响自振性能最敏感的因素.     

车辐式索桁架模态分析与试验研究

通过对跨度为60m的圆形车辐式索桁架屋盖按照1:10缩尺模型进行模态分析和模型试验,考察了拉索预应力、矢跨比及内外环直径比3个参数变化对结构自振特性的影响,对比分析了前4阶振型的试验结果与理论计算结果。结果发现:结构第1、2阶振型为反对称上下振动,第3阶为内环扭转振动,第4阶为内环相对扭转振动;试验和理论结果误差在10%以内,试验振型与理论振型基本吻合;前4阶振型的频率均在10Hz以上,表明车辐式索桁架结构为低频动力响应,自振频率较小且分布密集;预应力水平越高,振型频率越大,则结构刚度越大;矢高增加,结构频率随之减小,结构更容易发生侧向失稳;内外环直径比越大,结构扭转刚度相对会减小,容易发生扭转失稳。     

重屋盖走廊点支式玻璃建筑柔性支承结构的地震反应分析

近年来随着点支式玻璃帷幕结构的广泛应用,各种新型的支承结构孕育而生,但对于结构性能的研究往往滞后于实际工程,开展新型结构的研究显得尤为重要。某重屋盖柔性支承结构点支式玻璃走廊即为将刚性梁和柔性索(包括揽风索、悬索和立面的竖索)相结合的一种新型结构形式,本文通过对该工程实例的分析计算,得出了结构的自振特性,并采用振型反应谱分析法研究了某些索内预应力的变化对结构变形和其它索内力的影响,计算结构表明,拿掉揽风索会导致屋盖平面外刚度减小,结构第二振型改变也较大。揽风索预应力的变化对结构自振特性、自身及悬索内力的影响并不显著,但对结构刚度和竖索内力的影响相对较大。而竖索预应力变化对其它索内力、结构高频自振性能及最大位移影响较大。本文结果可以为今后类似结构的研究提供参考。     

横向加劲单曲悬索屋盖模型的试验研究

本文对横向加劲单曲悬索屋盖结构的模型进行了静力与动力试验研究,探求结构在预应力态和荷载态的位移和内力变化规律,以及结构在竖向振动时的动力特征。本文所述结构的特点是通过横向加劲构件端部支座的强迫位移,使结构建立预应力。文中叙述了各项荷载试验,并将实测值与理论值作了互相验证比较。对这种结构的静力特征、支座强迫位移的作用、索端支座刚度对结构的影响作了探讨。动力试验给出了结构的前五个自振频率与振型。这种结构已在二个工程上得到了应用。     

大跨度网壳屋盖结构动力特性及地震反应分析

针对武汉市某学校游泳馆的大跨度网壳屋盖结构实际工程,利用有限元软件ANSYS建立了三维有限元模型,研究网壳结构的动力特性及地震反应,并对其动力特性和地震反应的影响因素进一步探讨。分析结果表明,大跨度网壳屋盖结构的自振频率密集,振动以水平振型为主,第一振型为水平振型;随着支座刚度的减小,结构的低阶自振周期显著增大;随着结构阻尼比增大,网壳结构的地震反应相应减小。     

空间斜拉式预应力索拱结构的模态分析

以某会展中心钢屋盖工程为例,采用子空间迭代法计算其前20阶自振周期和振型,同时描述了其振型特点。结果显示,这种空间斜拉式预应力索拱结构的自振频率较为密集,表明这类结构的动力特性复杂,且高阶振型影响大,应尽可能的考虑高阶振型效应。本文的工作为更好的进一步研究此类新型结构形式的受力体系特征奠定了基础。     

安徽大学体育馆屋盖张弦网壳结构的地震响应分析

对安徽大学体育馆屋盖张弦网壳结构的动力特性进行了分析,采用时程分析法对固定铰支座和弹性支座张弦网壳结构进行水平、竖向地震作用分析,分析了上下部结构协同工作对张弦结构抗震性能的影响。结果表明,张弦网壳结构的自振频率密集,结构的低阶整体振型以竖向振动为主,刚性网壳下布置索杆施加初始预应力可以提高结构基频;8度多遇地震作用下,张弦网壳结构的水平、竖向地震作用的内力和位移响应属于同一量级,大跨度张弦网壳结构的抗震设计需要对不同方向的地震作用进行分析;大跨度张弦结构应对屋盖与下部结构整体进行地震响应分析或合理地对下部结构的刚度和惯性进行等效。     

某游泳跳水馆钢屋盖结构自振特性和风振动力响应分析

通过对某游泳跳水馆屋盖结构体系的频率和模态分析发现 ,此类斜拉筒壳结构的自振频率密集 ,振型分布很有规律。根据不同模态对整个结构在脉动风作用下应变能的贡献多少来定义模态对结构风振响应的贡献 ,对此屋盖结构选取前 2 0阶振型进行风振响应分析 ,得到了各阶振型对系统能量的贡献 ,对此屋盖结构 ,考虑前 2 0阶振型的影响 ,可满足结构设计的需要 ,但必须考虑各振型之间的耦合。     

大跨索穹顶屋盖结构风洞试验及敏感风速研究

大跨索穹顶屋盖结构频率密集,其风振动力响应复杂,不同风速下脉动风响应对大跨索屋盖结构的风敏感性影响一直是当前风工程研究的热议难题。针对大跨索穹顶屋盖结构,设计制作了缩尺比为1∶250的试验模型,在B类地貌下开展了36组风洞测压试验,研究了全风向角下大跨索穹顶屋盖结构的风压峰值分布规律和典型不利风向角,最后基于风洞试验数据,探究了索穹顶屋盖在不同风速等级下的风振敏感性。结果表明：索穹顶屋盖主要以承载负风压为主;屋面以承载Z向负风振位移响应为主,呈现中心区域向周边下降的变化规律;屋面Z向风振位移响应随风速增大而递增,平均风响应随风速增大呈线性递增;部分风速等级下索穹顶屋盖的脉动风位移响应和总极值位移响应敏感,且风振系数较大;结构屋面响应最大点处风压系数时程傅里叶变换幅值在结构前10阶部分频段为峰值,表明索穹顶屋盖结构存在敏感风速范围,其脉动风响应显著,且与结构模态自振特性密切相关,抗风设计时应找出敏感风速范围,并对响应显著区域加强抗风设计。     

上海虹口足球场大悬挑钢屋盖结构自振特性和风振动力响应分析

本通过上海虹口足球场复杂屋盖结构体系自振特性的分析和独特显示，获得了振型分布很有价值的规律性。体育场屋盖结构体系的风振分析需要考虑多个振型的影响，由结构风振动力的振型分解法，进行了该足球场屋盖体系十阶振型和振型耦合风振动位移响应的分析和研究，得到了各振型影响的规律和结论。对上海虹口足球场屋盖结构，考虑前七阶振型的影响，精度可基本满足结构设计的需要。     

车辐式大跨度张拉索膜结构的自振和静风作用分析

选取佛山世纪莲体育中心的大跨度车辐式张拉索膜结构作为研究的原始模型,着重讨论不同预应力度和不同的膜的张拉刚度对结构自振特性和静风反应的影响。计算表明,结构的预应力度对结构的自振特性和静风反应影响较大。     

Disproportionate collapse analysis of cable-stayed steel roofs for cable loss

Disproportionate collapse has been identified lately as a real cause of failure for structural engineering projects. Rare and unexpected, the phenomenon of disproportionate collapse usually results to many fatalities and thus, its analysis and mitigation is deemed necessary. This work describes the analysis of a cable-stayed steel roof under the scenario of a cable loss. The event of a cable loss is assumed to be brittle, while relevant recent recommendations suggest the application of a scaled equivalent static force at the points of the anchorage of the cable but in the opposite direction of the original cable force. In this paper, three different conditions have been considered in order to study the effect of the cable loss into the overall structural response of a typical cable-stayed roof; the level of the equivalent nodal load in the opposite direction of the original cable force varies. The steel structure of the roof, in its complexity, closer to responding as a cable-stayed bridge rather than a steel roof provides a useful template for conclusions; several topics regarding disproportionate collapse and cable losses are discussed.     

吊顶系统自振特性分析及试验研究

为研究上部支承结构和吊杆构造对吊顶自振特性的影响,对一个每层附有吊顶的空间钢框架进行了振动台试验。通过快速傅里叶变换(FFT)和随机子空间识别(SSI)两种模态识别方法获得了吊顶系统的自振频率和阻尼比,给出了吊顶阻尼比的建议值为2%~5%。对主附结构（上部支承结构+吊顶）的自振特性进行了数值模拟,结果表明：吊杆构造形式对吊顶的第1阶水平和竖向模态没有明显影响,上部支承结构自振频率的不同会对吊顶的竖向模态产生影响,而对水平模态没有明显影响。通过改变上部支承结构的截面尺寸和附加质量对主附结构的竖向模态进行了参数化分析,得到仅考虑附加吊顶质量的上部支承结构的第1阶竖向自振频率小于不考虑上部支承结构影响的吊顶第1阶竖向自振频率fb时,主附结构的第1阶竖向振型表现为上部支承结构和吊顶的整体振动,而大于fb时,第1阶竖向振型表现为吊顶的独立振动。     

单层折面空间网格结构风荷载特性及等效静风荷载研究

对单层折面空间网格结构的表面风压分布和风振响应特性进行研究,采用荷载 响应相关法(LRC)与惯性力法计算结构的等效静风荷载,并分析了其计算精度,结果表明：在迎风面的体育场屋盖部分,气流在经过迎风面屋盖檐口后发生明显分离,形成漩涡,此处的平均负风压和脉动风压最大;整个屋面的绝大部分表面风压都表现为负压。增加肩谷环后,结构横向刚度提高较大,结构的1阶和2阶振型由原来的结构整体水平振动变为罩棚前端内环端部的局部竖向振动;在单层折面空间网格结构的风振响应中,参与结构振动振型较多,需要考虑多阶振型影响,且参与结构振动的主要为低阶振型;在脉动风荷载作用下各振型耦合作用较小;用LRC与惯性力法得到的单层折面空间网格结构等效静风荷载,计算精度可满足工程要求。     

新型斜拉桥和摩天轮组合结构动力性能分析

慈海桥是由新型斜拉桥和摩天轮组合而成的结构体系，文中介绍了慈海桥的工程概况，分析了斜拉桥存在的三种几何非线性因素：拉索垂度效应、大位移效应和梁柱效应。建立了新型斜拉桥和摩天轮组合结构的三维有限元模型。提出了每种几何非线性因素的处理办法，分别对摩天轮、新型斜拉桥和整体组合结构进行了模态分析，求得了各自和整体的自振频率，分析了单个结构和整体结构的自振特点，指出组合结构具有分段密集的频谱，振型复杂，在低阶频率中，摩天轮振型所占比例较多。斜拉桥所占比例较小，且多数与摩天轮的振动耦合在一起。     

烟囱桅杆的动力特性分析

用数值分析法,以烟囱桅杆结构的实际工程为研究对象,考虑纤绳与烟囱的共同作用、几何非线性效应及纤绳的初应力的影响,对桅杆结构动力特性进行研究。研究结果表明:纤绳与烟囱的振型表现出相对独立、互相协调,互相制约的特性;其自振频率和振型随振型阶次的增加呈规律性交替变化;纤绳的初应力是影响结构自振频率的主要因素,频率随纤绳初应力的增加而增加。     

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。     

吉林省速滑馆悬索-拱屋盖结构设计

吉林省速滑馆是2007年第六届亚冬会的主场馆,其屋盖是一个预张力悬索-拱体系,悬索跨度近95m,悬索与拱梁之间设置“之”字状的吊索。悬索水平拉力的平衡体系由桅杆外侧的背拉索、接地索、水平撑杆、斜撑杆或屋顶锚固索组成。这种组合结合了悬索结构和拱结构的优点,悬索增加了拱的平面内稳定性能,同时减小了拱脚水平推力;拱提高了悬索的面内刚度,有效减小荷载作用下特别是非对称荷载作用下的结构变形。介绍了该体系的结构特点、初始预张力确定、动力特性、荷载作用下的力学性能,以及主要节点构造等。     

某斜拉桥拉索损伤对其动力特性的影响研究

本文以某特大斜拉桥为工程背景,基于有限元软件,结合桥梁原始设计资料,建立了桥梁动力计算模型,对斜拉桥拉索损伤进行模拟研究.通过拉索有效面积的变化对斜拉桥拉索损伤进行模拟,分析不同拉索损伤下斜拉桥自振频率的变化规律,得出斜拉桥拉索损伤对竖向弯曲振型影响较大,而对侧向弯曲和扭转振型的影响较小的结论.同时,也认识到长索区拉索损伤对斜拉桥低阶振型影响较大,相反,短索区则对斜拉桥高阶振型的影响较大.