建筑抗震设计所需考虑的振型数

建筑结构动力分析振型叠加法的优点之一是无须计算所有振型。为优化计算，需严格地选择缩减振型数。虽然许多抗震规范均指出了动力计算所需考虑的最少振型数，但在某些情形仍会引起较大的误差。许多文章已研究过振型叠加法的精度以及高阶振型的重要性，但极少有文章研究动力分析所需的振型数。最早由ＣＩｏｕｇｈ指出第二、三振型在计算顶层剪力中的重要性，后来他又得出结论：因有周期较长时，高阶振型的贡献显得格外重要，作位移分析时，可仅考虑一阶振型反应，而计算剪力时，仅考虑一阶振型则远远不够。Ｊｅｎｎｉｎｇｓ指出了高阶振型在…     

格构式塔架顺风向风振响应

基于高频底座测力天平风洞试验数据得到了格构式塔架顺风向一阶振型广义荷载均方根系数和广义荷载谱解析模型,并从修正线性振型广义荷载谱的角度推导了一阶振型广义荷载谱修正方法和高阶振型广义荷载谱表达式,进而利用推导得到的广义荷载谱,计算了3种典型格构式塔架气弹模型的顶部加速度均方根响应,通过将计算结果和气动弹性模型风洞试验数据对照,分析了振型修正对风振响应的影响和高阶振型、气动阻尼对风振响应的贡献,并得到了若干结论。     

环境激励下宽频带模态参数识别研究

由于功率谱的模态阶次是频响函数模态阶次的2倍,直接使用响应信号的功率谱进行模态参数识别容易导致识别过程中需要过高的系统阶次、运算量加大、数值算法不稳定等问题。因此使用功率谱的模态识别方法多为窄频带算法,难以适用于宽频带识别。针对该问题,在使用相关图法估计功率谱的过程中,仅对正时延相关函数进行傅里叶变换(FFT)可以实现功率谱降阶,并且降阶后的模态参数不发生变化。根据频响函数与降阶功率谱具有相似数学表达式的特点,将试验模态分析中的多参考点最小二乘复频域(p-LSCF)宽频带算法与降阶功率谱相结合,实现了环境激励条件下的模态参数识别。通过一个二层单跨框架结构仿真算例与一个建筑结构的实测算例进行了验证,结果表明：该方法能够较准确识别模态参数,具有耦合模态的识别能力;在模态选择中,除了借助于模态指示函数,高阶模态应利用稳定图加以判断。     

改进模态pushover法应用于高墩桥梁抗震分析

国内外尚缺乏针对高墩桥梁抗震的设计方法。介绍了模态pushover分析方法与能力谱法相结合后的改进模态pushover分析方法,并以实例进行高阶振型对高墩桥梁抗震能力的影响分析。将其计算结果与常规加载的pushover分析方法的计算结果进行比较,分析表明在高墩桥梁中不能忽略高阶振型的影响。     

基于振动台测试及数值模拟的长周期设计谱评估

采用分层装配式多高层建筑结构缩尺模型的振动台试验以及足尺数值结构的地震反应分析,评估抗震设计谱长周期段的合理性和可靠性。以模型结构的实测振动周期和顶点加速度时程响应作为精度验证依据,构建并扩展模拟结构;剔除楼层加速度动力放大系数复合反应中二阶以上振型的分量,建立结构第一阶振型顶点和等效单自由度体系高度处的加速度动力放大系数谱以评估抗震设计谱。结果表明:基于SRSS规则求出的第一阶振型相对于楼层加速度动力放大系数的比例系数在建议设计谱的长周期段随自振周期增大而衰减,而规范设计谱对应的比例系数衰减趋势出现异常;建议设计谱的动力放大系数与第一阶振型的动力放大系数吻合较好,且谱值基本大于第一阶振型的动力放大系数谱值;规范设计谱的动力放大系数在速度敏感周期前段出现小于第一阶振型动力放大系数的情况,这表明有必要适当增大场地特征周期。建议设计谱估算的楼层加速度谱大于由规范设计谱以及基于试验与数值分析确定的楼层加速度谱,表明建议设计谱安全、可靠,且能体现长周期结构的高阶振型反应。     

基于自然激励技术的模态参数识别方法应用研究

结合自然激励技术和2种时域模态参数识别方法,形成结构工作模态参数识别的NExT-ITD法和NExT-ERA法。采用这2种方法分别对一个3层框架结构模型和1座三跨混凝土连续梁桥进行了振动试验模态参数识别,讨论了这2种方法应用中的系统定阶和虚假模态剔除问题并将识别结果与频域法识别结果相对比。结果表明,这2种方法在非白噪声激励下进行结构模态参数识别的有效性。     

开合屋盖结构动力特性研究

开合屋盖结构属于复杂多重子结构体系,其动力特性非常复杂,活动屋盖在竖向地震作用下的响应远大于根据《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)得到的结果。以国家网球馆(钻石球场)为例,对开合屋盖结构的振型模态与自振周期进行了深入分析,研究了质量参与系数的分布规律。高阶振型对开合屋盖结构动力响应的影响很大,尤其对于竖向地震作用,高振型起主要控制作用。在模态阻尼比的基础上,提出根据质量参与系数加权平均得到的一致阻尼比,物理意义明确,便于工程应用。计算分析表明,采用一致阻尼比算法得到结构各部位的内力及位移与按照模态阻尼比法的结果非常接近。     

考虑多振型贡献和弹塑性位移谱的改进地震动强度参数

为减小增量动力分析中结构地震反应的离散程度,提出了改进的地震动强度参数。首先,基于等效模态荷载和模态组合系数,提出并定义模态强度参数。然后,采用推广的模态推覆方法,构造1阶振型的等效单自由度体系,采用非线性时程分析计算该体系的弹塑性位移谱谱值,用于修正1阶模态强度参数。最后,组合各阶模态强度参数,得到改进的地震动强度参数。对不同矢跨比的两个格构钢拱模型进行36条地震波的增量动力分析结果表明,改进参数可有效减小结构反应离散性。相比于其他常用地震动强度参数,该参数对各项需求指标拟合结果的判定系数均处于0.9678~0.9786范围内,拟合标准差均处于0.195~0.239范围内,具有更好的相关性、有效性。同时,该参数拟合斜率较高,具有较好实用性;其拟合残差通过了显著性检验,满足充分性的要求。     

脉动风作用下结构基本模态的定义和识别

顾名思义,基本模态应该是结构所有模态中最重要的一阶模态,在动力响应分析中具有不可或缺的作用.传统习惯将第一阶模态作为基本模态,这对于风振响应分析是不恰当的.本文通过对模态应变能公式进行定性分析,归纳出脉动风作用下模态应变能最大的那阶模态的振型所具有的基本特征,并将这阶模态定义为结构在脉动风作用下的基本模态.按照这个定义,脉动风作用下高层、高耸结构的基本模态位于第一阶,这与传统定义相同;而对于平均风荷载全为吸力的小矢跨比穹顶结构,脉动风作用下基本模态位于高阶.脉动风空间相关性的强弱对这两种类型结构的影响正好相反.算例分析表明,模态贡献系数可以准确地识别出基本模态在模态序列中的阶次.     

考虑共振补偿的网壳风振响应综合模态法

分析了网壳结构中自振频率、阻尼比等因素对共振响应在总风振响应中贡献的影响,利用考虑高阶振型共振响应的综合模态法计算了单层网壳的风振响应,讨论了计算综合模态时所需的振型数。针对结构自振频率密集的特性,研究了考虑振型互相关贡献的必要性、影响振型互相关贡献的因素和计算振型互相关贡献所需的振型数。最后,通过具体的算例分析验证了相关结论。