基础转动结构随机地震响应分析的复模态法

对多自由度基础转动结构随机地震响应问题进行了系统研究。针对用第一振型将上部结构展开所得方程为非经典阻尼和非对称结构情况 ,用复模态法解耦 ,获得了以第一振型表示的结构地震响应的解析解 ,对单自由度体系 ,此解即为结构响应的精确解。该方法可用于隔震结构、加层减震结构、带TMD减震结构的随机响应分析与优化设计     

基础隔震的多高层结构随机风振响应的解析法

针对基础隔震的多高层建筑结构随机风振响应进行了系统研究.首先建立了运动方程,然后将主体结构按第一振型展开,针对所得方程为非经典阻尼运动方程,用复模态理论解耦,并利用随机振动理论获得了基础隔震的多高层建筑结构基于Davenport谱随机风振响应的解析解,并给出算例.     

建筑结构基于巴斯金谱的风振响应虚拟激励法

针对建筑结构,基于巴斯金随机风速谱激励下的随机风振响应进行了研究。巴斯金随机谱广泛应用于描述脉动风、随机地震动、路面不平顺等各种随机激励,有着广泛的工程应用。本文运用复模态法将考虑多振型的结构系统解耦为一阶广义复模态的线性组合,并利用虚拟激励法获得了结构系列响应绝对位移的功率谱的简明形式;最后,根据谱矩定义,获得了建筑结构风振系列响应方差和0-2阶谱矩及绝对加速度方差的数值解。算例证明了本文方法的正确性。     

变截面刚度与质量分布高层结构风振动力反应分析计算.

采用Rayleigh-Ritz能量法确定非均匀质量与截面刚度悬臂杆的第一阶自振频率与振型,并根据Davenport脉动风速谱得出了顺风向脉动风压谱密度函数.得出了类似的高层与高耸结构顺风向风振动力反应的计算方法.计算结果表明,变截面刚度与质量分布的高层结构或高耸结构在顺风向脉动风压作用下,结构的风振反应以共振响应为主,背景响应只占次要的部分;计算风振系数或进行结构振动控制设计时,应该考虑质量分布函数与截面刚度分布函数变化的影响.     

带Maxwell阻尼器的高层建筑结构基于Davenport谱随机风振响应的解析解法

针对带Maxwell减振器的高层建筑结构的随机风振响应和等效静态设计风载取值进行了系统研究.采用复模态理论解耦,并利用随机振动理论获得结构风振响应的解析式,建立了将结构分解为一系列等效单自由度体系的一般方法,获得了带Maxwell减振器的高层建筑结构基于现行规范Davenport谱随机风振响应的解析解,从而建立了非经典阻尼非对称的被动控制结构基于Davenport谱随机风振响应和风载取值的一般解析方法.     

带粘弹性阻尼器的多高层建筑基于Davenport谱随机风振响应的精确解法

针对设置粘弹性阻尼器的多高层建筑随机风振响应和等效静态设计风载取值进行了研究。首先建立了运动方程,然后将主体结构按第一振型展开,利用随机振动理论获得了带粘弹性阻尼器的多高层建筑基于Davenport谱随机风振响应的解析解,并给出算例,从而建立了设置粘弹性阻尼器的多高层结构基于Davenport谱的随机风振响应和风载取值的一般解析方法。由于获得解析解,故此方法也可用于此类结构基于动力可靠度约束的抗风优化设计。     

复杂高耸钢结构电视塔风振响应分析

采用有限元软件ANSYS建立某钢结构电视塔三维有限元模型,在此基础上得出其等效串联多自由度体系模型,对比了两种模型的动力特性;分析研究了Davenport谱、Harris谱、西安热工所谱、Kaimal谱、Simiu谱5种常用脉动风速谱的特点及其对结构风振响应的影响;比较了M.Shinozuka法、星谷胜法2种脉动风速模拟方法的模拟精度;并探讨了风振响应中天线桅杆的影响及高阶振型的贡献。结果表明:两种计算模型的动力特性较接近,利用串联多自由度体系模型进行高耸塔式结构的风振响应分析可行;采用Davenport谱进行结构设计偏于安全;M.Shinozuka法相对星谷胜法模拟精度较高;天线桅杆的改变对塔楼和整体结构加速度影响明显,天线设计中应综合考虑鞭梢效应和对舒适度的影响;塔楼的最大加速度超过了舒适度的要求,有必要进行风振控制。     

扭转方向非理想振型的广义气动力谱修正

在扭转方向,结合脉动风荷载的相干函数,采用数值积分的方法计算得出了非理想振型对高层建筑广义气动力谱的修正公式,并通过刚性模型测压试验证实了该公式的可靠性。以振型指数为参数,本文讨论了非理想振型对高层建筑广义气动力谱的影响:当振型指数大于0时,修正系数均小于1,即理想振型的广义气动力谱均大于非理想振型的广义气动力谱,实际振型的计算结果是偏于保守的。基于理想振型得到的广义气动力谱,采用0.5的修正系数进行修正,可应用于建筑结构荷载规范所采用的振型。     

高阶振型对大跨度平屋盖结构风振响应的影响

通过对屋盖的风振响应计算,分析了竖向脉动风和水平脉动风作用下高阶振型对大跨度平屋盖结构风振响应的影响.研究结果为大跨屋盖结构设计和研究提供有意义的参考.     

北京奥林匹克公园网球中心赛场悬挑钢屋盖结构风振响应分析

计算了北京奥林匹克公园网球中心赛场悬挑钢屋盖结构的风振响应。分析了网球中心赛场的振型响应能量,并选择了风振响应的主导振型。提出了振型背景位移响应与共振位移响应耦合系数的计算方法,对振型位移响应谱及位移方差的计算分析表明,网球中心赛场背景位移响应与共振位移响应之间的耦合效应对计算结果影响不大。研究了拟静力方法和CQC振型组合方法计算背景位移响应的差别,网球中心赛场的振型耦合效应对背景位移响应的影响明显,但根据主导振型计算得到的背景位移响应能够满足工程计算的精度要求。采用CQC和SRSS振型组合方法对共振位移响应的影响进行计算,结果表明振型耦合效应对共振位移响应的影响可忽略不计。在网球中心赛场的风振位移响应中,脉动位移响应的贡献大于平均风位移响应的贡献;在脉动位移响应中,背景位移响应占主要成分。     

膜结构风致动力响应数值模拟

许多工程领域中都存在流体-结构耦合作用现象,膜结构作为一种风敏感型结构,此现象在其风致动力响应方面表现更为明显。针对膜结构本身的特点,给出了流体-结构耦合作用下流体的基本控制方程的ALE(Arbitrary Lagrangian-Eulerian)描述、结构的基本控制方程和求解耦合方程的直接求解算法。采用Adina软件实现了简单张拉膜结构的流体-结构耦合作用风致动力响应数值模拟,并与已有风洞试验结果进行了比较。对比结果表明,给出的方法可以准确地计算出柔性结构考虑流体-结构耦合作用的风致动力响应,可为相关的科学研究和工程设计提供理论依据。     

土-结构相互作用对结构风振响应的影响

通过框架结构的风振响应计算，说明土-结构相互作用（简称SSI）对结构风振响应的影响，计算结果表明，在结构的风振响应分析中，考虑SSI并不总是安全的，在土中阻尼较小时，考虑SSI后，体系的第一频率较不考虑SSI时（即所谓的“刚性地基”）明显降低，而弹性位移反而较刚性地基时的值大，后一现象在相对刚度较小时更加明显。此外，考虑SSI后，无论结构高度如何，结构各楼层的总位移总是远无远大于刚性地基时的位移，这可能使人体产生明显的不舒适感，因此，在风振响应分析中应当考虑SSI效应。     

Wind-Induced vibration responses of prestressed double-layered spherical latticed shells

This paper focuses on the wind-induced vibration response of prestressed double-layered spherical latticed shell (PDSLS) structures by adopting time-domain analysis method. Welch spectrum analysis method is used to make precision evaluation of power spectrum of fluctuating wind speed time history simulated by weighted amplitude wavelet superposition (WAWS) method and linear filtering method of auto-regression (AR) model. Results show that the two methods produce little precision difference, but AR method is far more efficient than WAWS and is more suitable for wind speed simulation of PDSLSs. The effect of various parameters on the wind-induced vibration response of PDSLS structures are comprehensively investigated, including rise-span ratio, span, shell thickness, elastic constraint stiffness, prestress value, with or without cables and cable layout scheme. Results show that rise-span ratio and span are the major factors that affect wind-induced vibration response of PDSLSs. When cables are set, the wind vibration coefficient of nodal vertical displacement becomes smaller and more equally distributed, which demonstrates that PDSLSs are less sensitive to fluctuating wind effect than common latticed shell structures without cables. Finally, based on the envelopment concept and with the maximum dynamic and average wind-induced displacement responses as control indicators, the calculating method for global wind vibration coefficient (GWVC) of PDSLSs is proposed and the value with usual design parameters is given. Meanwhile, when the structure is made static analysis by means of the equivalent static wind load obtained from GWVC, the obtained internal member force response is relatively accordant with the actual response got from time-history analysis, and is a little safer.     

大连市中心体育馆巨型网格弦支穹顶设计分析

大连市中心体育馆屋盖选用巨型网格弦支穹顶结构,尚属国内较为新颖的结构体系.为此,利用ANSYS及SAP 2000软件开展结构体系的静力分析,采用非线性动力时程分析法和反应谱法开展抗震性能研究.并进行了风洞试验研究及风振响应分析,进一步开展全过程施工模拟.巨型网格弦支穹顶结构用钢量经济、承载力较高、抗震性能优越、抗连续性...     

高层建筑玻璃幕墙线性和非线性抗风动力可靠性分析(1)

研究了风荷载的统计方法;然后用板理论建立了幕墙的线性和非线性风振响应分析模型;继而用振型分解法建立了线性风振响应的计算公式,用伽辽金法和改进的等效线性化法求解了荷载为非零均值的非线性风振响应方程;最后依据定义,用泊松过程法建立了线性动力可靠性的计算公式,针对非线性最大动应力是一非高斯随机过程情况,用泊松法和非线性变换,建立了非线性动力可靠性的计算公式,并给出算例;从而给出了幕墙线性和非线性抗风动力可靠性分析的一整套方法。     

膜结构风振响应的二维数值模拟研究

结合膜结构的风振响应特点,采用流固耦合问题数值计算方法,实现了二维情况下膜结构风场的数值模拟。阐述了膜结构流固耦合计算中的结构域与流体域的网格关系和流固耦合边界的控制条件。选择大涡模拟作为湍流模型,并采用隐式时间积分TR-BDF法对流体域的Navier-Stokes方程进行时间域的离散。对耦合系统的有限元方程组采用Newton-Raphson法进行求解。计算结果表明,湍流模型选择大涡模拟可以较好模拟二维情况下膜结构在流场中的脉动反应。对于一般性的算例,瞬态流场中膜的应力增加较为明显。合理选择膜结构体型可以减小膜结构风振响应的脉动幅度。     

Compensation of high-frequency components of wind load by wind tunnel testing

To analyze the wind-induced response of structures, wind tunnel tests are often carried out to determine the wind loads on structures. However, due to the influence of similarity requirements in wind tunnel tests, the resulting data from the model test still needs to be translated by similarity rules for predicting the real loads on prototype structures. During this process, an inevitable result is that the high-frequency components of fluctuating wind loads get lost, which leads to some unexpected errors in the subsequent wind-induced response analysis. To solve this problem, a frequency compensation method is put forward. The purpose of this method is to reconstruct the high-frequency part of fluctuating wind loads based on experimental data and some basic principles of the aerodynamics of bluff bodies. The causes and effects of the frequency compensation problem are discussed first, then a practical method of frequency compensation is proposed by combining the fluctuating wind energy spectrum theory and the Proper Orthogonal Decomposition technique. Based on this method, the wind-induced response of a single-layer reticulated shell is analyzed to show the validity and necessity of this method.     

三维脉动风模拟技术在大跨机库风振分析中的应用

风荷载在大跨度屋盖结构设计中往往起主要作用,这使得该类结构的风荷载及风致动力响应研究日益受到关注与重视。结合大跨度机库屋盖表面脉动风作用特点,依据改进的Iwatani线性回归滤波器法并结合中心采样定理,实现了基于Matlab的超大跨度网架结构三维空间相关脉动风速时程模拟。以Davenport谱为目标谱对首都机场六机位机库网架所有上弦节点位置处的随机脉动风速时程进行了模拟。进而结合风洞试验数据,依据屋盖各节点风压系数将模拟的风速时程加载于机库结构并进行风振响应时域分析,以研究三维脉动风作用下超大跨度机库屋盖结构的响应特点。分析结果表明本文模拟空间随机脉动风的方法可以较好地考虑大跨机库表面的脉动风特点,为结构的风振时域分析提供准确的荷载时程。     

基于数值模拟法的张力膜结构风振响应分析

针对张力膜结构这种柔性结构非线性程度高、质量轻、刚度弱、风敏感等特点,利用非线性随机振动理论,采用数字模拟法在时域对张力膜结构进行了风激动力响应分析．利用线性自回归过滤器,引入适当的三维空间相关性公式,根据脉动风的特性产生时域内的样本函数,然后根据样本函数利用有限元法在时域内求解运动微分方程得到张力膜结构的风激动力响应,最后由响应值求得结构振动的位移、速度、加速度的均值和均方差等统计信息．从中获取张力膜结构的风激动力响应特性,并给出风激动力响应与结构参数的关系,为继续开展张力膜结构的研究工作提供一些有益的参考．