大跨屋盖风致背景响应和共振响应的模态耦合

引入模态应变能的概念,定义了背景响应模态耦合系数和共振响应模态耦合系数,依据该系数可以方便地判别背景响应、共振响应不同模态之间耦合效应的强弱,为识别耦合主导模态(强耦合模态)确定了准则.在此基础上,结构总的背景响应、共振响应可以分别采用各自主导模态的简单SRSS组合再叠加强模态耦合项得到.最后,对北京2008奥运网球中心屋盖结构风致动力响应分析,验证了所提出方法的有效性.     

大跨屋盖结构风致背景响应和共振响应实用组合方法

以随机振动理论为基础,推导了大跨屋盖结构风致背景响应及其模态耦合项、共振响应及其模态耦合项以及背景响应和共振响应耦合项的计算公式,提出了考虑耦合效应的脉动风总响应组合方法;在此基础上,引入耦合效应修正系数,并根据结构动力特性与风荷载特性对提出的脉动风总响应组合公式进行了简化分析,得到了相应的实用组合公式,据此可以实现大跨屋盖结构考虑耦合效应的风致背景响应和共振响应实用高效组合。最后,通过国家体育场屋盖主结构风致背景响应和共振响应组合计算对所提方法的有效性进行了验证。     

大跨度屋盖结构考虑模态耦合的抖振共振响应分析方法

提出了可考虑模态耦合效应的共振响应分量近似形式，并基于此得出用于计算风振响应共振分量的修正SRSS法。最后将该方法运用于上海南站工程屋面结构的共振响应分析以检验其正确性及精度。本方法为进一步建立复杂大跨度屋盖结构等效静力风荷载方法奠定了基础。     

基于能量的大跨屋盖结构共振响应模态耦合效应分析

提出一种简单判别共振响应模态耦合效应的分析方法,该方法综合考虑结构的动力特性和风荷载特性,定义了共振响应模态耦合系数。依据该系数,通过几个特征参数(如结构模态和风荷载信息)就可以快捷的判断模态间共振响应耦合效应强弱,实现对共振响应耦合主导模态的选取。在此基础上,给出了大跨屋盖结构考虑模态间耦合效应的共振响应实用组合方法。最后,将该方法用于国家体育场屋盖结构风致动力响应分析,验证了其有效性。     

背景响应、共振响应定义及其相关性分析方法

以模态加速度法为基础,推导了脉动风响应中背景响应和共振响应的严密数学定义;在此基础上,根据随机振动理论,推导了频域内的背景响应、共振响应,以及两者间相关性的分析方法;指出脉动风响应谱包括背景响应谱、共振响应谱和两者问的耦合谱三部分.并给出了背景响应和共振响应的精确组合方法.将该方法用于一单层球面网壳,结果表明:对于该结构,背景响应和共振响应的相关系数在[-0.3,-0.1]之间,若忽略该相关性时,将高估该结构的实际响应,比例在3%～10%范围内.     

大跨度平屋面的风振响应及风振系数

本文在有限元分析的基础上建立了大跨度平屋面结构在风荷载作用下的风振响应谱分析方法,并采用Davenport谱和由风洞试验得到的屋盖表面的平均风压分布系数计算了屋面的风振响应及风振系数。文中还深入探讨了屋面刚度、来流风速及风向等参数对大跨度平屋面竖向风振响应及风振系数的影响。计算表明:① 大跨度平屋面的竖向风振响应主要是由第一振型所支配,高阶振型对屋面板竖向风振响应的影响很小;② 屋面刚度及来流风速对大跨度平屋面的竖向风振响应影响比较大,但对位移风振系数的影响不太明显;③ 在工程设计中,建议采用位移风振系数来计算大跨度平屋面的等效静力风荷载。     

台风致窗户破坏时大跨度屋面风振响应研究

通过大跨度屋盖建筑刚性模型风洞试验和气动弹性模型风洞试验,得到屋面节点风压时程和加速度时程.采用试验所得的脉动风压时程数据利用有限元法对屋面进行风振瞬态响应分析得到了屋面位移和加速度响应,并与气动弹性模型风洞试验结果相比较,验证瞬态分析的正确性.详细阐述了台风致窗户破坏时大跨度屋盖结构的风振响应机理和特点,计算并比较了四周封闭和突然开孔两种情况的荷载风振系数和位移风振系数.这些结论为大跨度屋盖结构的抗风设计提供了指导和参考.     

大跨屋盖结构风振响应参数灵敏度分析

对典型大跨屋盖结构风振响应开展参数灵敏度研究,目的是定量评估各种不确定因素对结构风振响应不确定性的贡献率,获得不确定性在风荷载与风振响应间的传递规律。首先结合Sobol'方差分解法和拉丁超立方抽样技术建立适用于大跨屋盖结构的全局灵敏度分析方法,通过多次采样风洞试验获得大量脉动风荷载时程,作为灵敏度分析的输入变量。合理建立结构参数概率统计模型,分别应用局部和全局灵敏度分析方法对典型大跨屋盖结构极值风振响应进行了参数灵敏度分析,研究发现：多个参数共同随机变化时,结构极值风振响应近似服从广义极值分布;结构风振响应的不确定性主要受风荷载不确定性控制;结构风振响应的参数灵敏度与共振响应在总响应中的比重有关,共振响应占比越大,结构对风荷载越敏感。     

大跨屋盖结构共振响应多目标等效静力风荷载

针对大跨屋盖结构等效静力风荷载计算需要兼顾多个响应控制目标问题,基于能量等效,提出了大跨屋盖结构风致共振响应多目标等效静力风荷载分析方法。根据结构风致共振响应特点,从保证结构整体安全的角度,确定以结构风振过程中各节点吸收和转化的风动能达到极值时刻为等效目标,据此最不利情况,推导了共振响应多目标等效静力风荷载表达式。最后,将该方法应用于北京奥运网球中心屋盖结构共振响应等效静力风荷载计算,结果表明：该等效静力风荷载下的结构静力响应与频域分析得到的结构动力响应极值吻合较好,验证了所提方法的有效性和工程实用性。     

突然开孔结构的风致内压及屋盖响应研究

在系统阐述开孔结构的内压瞬态波动理论及屋面结构风振响应问题的基础上,对开孔瞬间的脉冲内压、气流稳定后屋盖结构所受的最大净风压进行了估算;同时讨论了内压作用下的屋盖响应特性。研究表明,建筑物突然开孔时的内压脉冲对结构安全威胁很大,对于已经存在开孔的结构的屋盖由于受到内外压的共同作用要比开孔前承受更大的风荷载,从而解释了台风或者飓风期间建筑物门窗突然破坏时容易进一步造成屋盖破坏的现象。屋盖响应分析结果表明,当开孔结构的H e lm ho ltz频率、弹性屋盖的固有频率以及来流中所包含的涡脱落频率,三者接近时,屋盖将发生较大的共振。     

估算高层建筑顺风向等效风荷载和响应的简化方法

按通常的方法将高层建筑顺风向风荷载及风致响应分解为平均、背景和共振三部分.在合理简化的基础上提出了形式简单、与响应类型无关的背景和共振等效风荷载和响应的简化计算公式.两个典型数值算例的计算表明,该法精度很高,是一种很好的实用计算方法.     

空间网格结构频域风振响应分析模态补偿法

大跨空间网格结构是频率密集性结构,按照模态分析法,尽管考虑多阶振型的影响有时也难以包含所有的主要贡献模态。从数值分析中可以发现,大跨空间网格结构风振分析中往往存在着一些高阶振型,它对风振响应的贡献比较大,但由于其频率高往往很容易被忽略。本文根据模态对系统应变能的贡献,提出了一种有效的选取主要贡献模态的方法,为了克服包含所有主要贡献模态的困难,本文提出了一种简单的方法来补偿由于高阶模态遗漏而产生的误差,并通过一个网壳的算例对所提出方法的有效性进行了验证。     

预应力双层柱面网壳的风振响应与整体风振系数研究

基于时域分析方法对预应力双层柱面网壳结构的风振响应进行研究,采用Welch谱分析法对谐波叠加法与线性滤波技术(AR法)模拟得到的脉动风速时程进行功率谱精度评价;分析了预应力双层柱面网壳的矢跨比、跨度、厚度、长宽比、支座弹性刚度、预应力取值等结构参数对结构风振响应的影响,结果表明:网壳的矢跨比、跨度、长宽比是影响预应力双层柱面网壳结构风振响应的主要因素;预应力拉索有效地减小了结构的脉动风响应,但由于平均风响应同时也大幅减小,其位移风振系数仍较普通网壳结构大。基于包络的概念,采用以最大动响应和最大平均风响应为控制指标的整体风振系数计算方法,研究了常见设计参数情况的预应力双层柱面网壳结构整体风振系数,可为预应力双层柱面网壳的抗风设计提供实用方法。     

大跨度斜拉桥风洞试验和计算分析的一致性研究

为考查大跨度斜拉桥风洞试验和计算分析两种研究方法间的一致性,以宜宾长江大桥为工程背景,针对该桥最大单悬臂状态,采用有限元方法分析结构静风响应,采用频域随机振动分析方法计算结构的抖振响应,并将计算分析得到的静风响应和抖振响应与气弹模型风洞试验结果进行对比分析,讨论了计算分析和风洞试验两种研究方法各自的精度以及两者间存在差异的原因。研究表明:对于较为显著的响应,两种方法的分析结果在总体上是一致的。     

基于小波变换的苏通大桥非平稳抖振响应演变谱实测研究

台风风速具有较为明显的非平稳特征,使得非平稳风荷载作用下大跨斜拉桥的动力响应也势必表现出非平稳特性。为考察台风作用下大跨桥梁抖振响应的非平稳性,该文以苏通大桥为研究背景,采用基于小波变换的非平稳时间序列演变功率谱密度估计方法分析了该桥在“海葵”和“达维”台风期间的非平稳抖振响应。研究表明,苏通大桥主梁振动能量主要集中在若干特定频段内;由于台风风速存在非平稳性,主梁抖振响应也表现出一定程度的非平稳特征;基于小波变换的演变谱估计方法适用于开展实测结构响应的演变特性分析,可较好地弥补传统傅里叶方法用于非平稳分析的不足。研究结论可用于验证大跨度斜拉桥非平稳抖振分析理论的可靠性,同时可为大跨度斜拉桥的抗风设计提供参考。     

非比例阻尼隔震结构地震响应的实振型分解法

采用子结构瑞利阻尼模型表达隔震体系的非比例阻尼矩阵,将实振型分解法与拉普拉斯变换方法联合应用,建立了任意多自由度非比例阻尼隔震体系时域动力响应的工程算法。以本文作者承担设计的三个实际隔震工程作为算例,在两种不同输入地震波和三种不同隔震层阻尼水准下,用本文算法计算地震响应,并与复振型分解法、Wilson-θ法、及Matlab下的Simulink这三种方法的峰值响应进行了对比。结果表明,在设计阻尼水准(隔震层阻尼比为0.21)下,本文算法与Wilson-θ算法的精度大致相当,所求得的位移、速度及加速度峰值的最大相对误差分别不超过0.07%、0.19%和0.27%。即使在极大阻尼水准(隔震阻尼比为0.81)下,本文算法所求得的所有峰值响应的最大相对误差均不超过4%。这表明,当隔震阻尼比不是特别大时,本文提出的算法完全可以满足工程计算要求。