超高层建筑空间巨型框架的稳定计算

对超高层建筑空间巨型框架的稳定计算提出了一个新的简化计算模型,将空间巨型框架简化为巨型柱和弹性地基上的巨型梁的组合,二级框架柱考虑其轴向变形作为巨型梁的弹性地基,按空间刚架进行稳定计算。由算例的计算结果来看,简化模型及其分析方法是合理的,为超高层建筑空间巨型框架结构的整体稳定计算提供了一个合理可行的简化计算方法。     

超高层建筑空间巨型框架与其基础地基共同工作的简化分析新方法

对超高层建筑空间巨型框架的结构分析提供了一种新的简化分析模型(二级框架柱考虑其轴向刚度作为巨型梁的文克勒弹性地基),利用这种模型分析了上部结构、基础、地基的共同工作。又对二级框架梁、柱考虑其弯曲刚度作为巨型柱的剪切型弹性地基得出了改进的简化分析模型,其计算精度与精确解很接近。在此基础上考虑了基础结构,并考虑了地基的弹性变形,建立了由巨型文克勒弹性地基梁和巨型剪切型弹性地基柱组成的空间巨型框架与其基础、地基共同工作的模型,并通过算例进行分析计算。计算结果表明:共同工作的分析模型是合理的、可行的,从而为超高层建筑巨型框架与其基础地基的整体共同工作分析提供了一种可行的简化方法,并给出了几点对此类结构的初步设计有指导意义的结论。     

弹性地基上空间巨型框架结构的简化振动分析

对软土地基上的超高层建筑空间巨型框架的振动分析建立了一种新的简化分析模型,即弹性地基—空间杆系—层模型。也就是将空间巨型框架中的辅助框架柱只考虑其轴向刚度,沿巨型框架梁的轴线方向连续化后,作为巨型梁单元的文克弹性地基,把巨型梁按照文克弹性地基梁来处理,然后将巨型柱和巨型文克弹性地基梁组成空间巨型框架,在考虑了地基(半无限大弹性地基)的弹性变形后,按空间刚架进行刚度分析;将建筑物的质量集中于巨型梁的楼层,进行自由振动分析。算例计算结果表明,新的简化模型是合理的、可行的。     

矩阵位移法分析弹性地基上空间巨型框架结构

将空间巨型框架结构的辅助框架中的柱只考虑其轴向变形,将其沿巨型框架梁的轴线方向连续化后,作为巨型梁单元的弹性地基,然后将巨型柱和巨型弹性地基梁组成空间巨型框架,在考虑了地基的弹性变形后,用矩阵位移法对其进行静力分析。计算结果表明:分析方法是合理、有效的。     

两种新型的弹性地基梁单元及其在超高层建筑结构简化分析中的应用

将超高层建筑空间巨型框架的巨型柱和梁分别简化成剪切型弹性地基梁和广义Winkler弹性地基梁单元,导出其单元刚度矩阵后,再按空间刚架分析计算,得到一种简化分析方法。简化巨型框架柱时,考虑与其相连的二级框架梁、柱的弯曲刚度,并将其作为巨型柱的剪切型弹性地基,构造出剪切型巨型弹性地基梁单元;简化巨型框架梁时,只考虑与其相连的二级框架柱的轴向刚度,并将其作为巨型梁的Winkler弹性地基,构造出广义Winkler巨型弹性地基梁单元。算例表明:简化计算的模型不仅是合理的、有效的,而且其计算结果的精度几乎与精确解有同级的精度。     

弹性地基上超高层建筑空间巨型框架受任意确定性动力作用的半解析分析

提出了求解弹性地基上超高层建筑空间巨型框架受任意多维确定性动力作用的半解析法。将超高层建筑空间巨型框架与其基础等效连续化为一个具有三维模型特征的、支撑在半无限大弹性地基上的加劲薄壁筒组合体;然后进行半离散化处理,以其节线上的形变未知函数为广义坐标,节线之间采用插值函数;再利用Hamilton原理,将受任意多维确定性动力作用的结构动力学问题转化成常微分方程组的边值问题;最后,利用高质高效的常微分方程求解器进行求解。算例计算结果表明:分析方法是合理的、可行的。     

Winkler地基上修正Timoshenko梁振动分析

利用Bernoulli-Euler梁理论建立的弹性地基梁模型应用广泛,但其在高阶频率及深梁计算中误差较大,利用修正的Timoshenko梁理论建立新的弹性地基梁振动微分方程,由于其在Timoshenko梁的基础上考虑了剪切变形所引起的转动惯量,因而具有更好的精确度。利用ANAYS beam54梁单元进行振动模态的有限元计算,所求结果与理论基本无误差,从而验证了该理论的正确性。基于修正Timoshenko梁振动理论推导出了弹性地基梁双端自由-自由、简支-简支、简支-自由、固支-固支等多种边界条件下的频率超越方程及模态函数。分析了弹性地基梁在不同理论下不同约束条件及不同高跨比情况下的计算结果,从而论证了该理论计算弹性地基梁的适用性。分析了不同弹性地基梁理论下波速、群速度与波数的关系。得到了约束条件和梁长对振动模态及地基刚度对振动频率有重要影响等结论。     

巨型框架多功能减振结构的有限元计算方法

巨型框架多功能减振结构的结构复杂、规模庞大,并且它是由具有不同阻尼特性的材料组成的。因此,采用有限元方法进行计算时面临着一系列问题需要解决。针对巨型框架多功能减振结构的受力特性,给出了巨型框架多功能减振结构的三维简化计算模型,大大缩减了计算自由度。由于隔震橡胶垫的变形主要是水平剪切变形,因此,将隔震橡胶垫看做具有阻尼特性的三维弹性或弹塑性铰,并提出了隔震橡胶垫单元的三维单元模型。由于巨型框架多功能减振结构的非经典阻尼特性,可以采用子结构技术对巨型框架多功能减振结构进行有限元建模、计算。     

超高层建筑空间巨型框架结构与基础地基共同工作的半解析静力分析

将超高层建筑空间巨型框架结构与其基础等效连续化为一个半无限大弹性地基上的加劲薄壁筒组合体,并以此三维模型,用半解析法分析计算了受静力作用的超高层建筑空间巨型框架结构与其基础地基的共同工作。通过计算结果分析,得出了一些很有价值的结论。     

弹性半空间地基上两端自由梁稳态振动研究

基础梁是一种基本的工程受力构件,广泛应用于交通工程和工业民用建筑中,因而受到广泛重视和研究.弹性基础梁稳态振动的关键是要确定梁下地基反力分布函数。现有关于地基反力的稳态振动方法大致分为两类：Winkler地基模型或双参数地基模型以及弹性理论方法。然而Winkler地基模型或双参数地基模型忽略了地基的连续性。而按弹性半空间理论计算弹性地基梁的问题实际上是解决接触问题。     

超高层建筑巨型框架-核心筒结构体系的三维半解析分析模型及其应用

将超高层建筑空间巨型框架-核心筒结构体系与其基础等效连续化为一个支撑在半无限大弹性体上的加劲薄壁筒组合体,建立了集地基、基础、上部结构为一体的三维共同工作分析模型;并以此模型,利用半解析方法讨论了该结构体系的共同工作特性。分析计算结果表明:模型的简化是合理的、可行的。     

考虑地基变形时超高层建筑束筒结构的半解析自由振动分析

该文建立了超高层建筑束筒结构与其基础、地基共同工作的具有连续分布质量特性的三维半解析自由振动分析模型,也就是将超高层建筑束筒结构等效连续化为一个支撑在半无限大弹性地基上的具有连续分布质量特性的加劲薄壁筒组合体,然后选取适当的节线对其进行划分,并用定义在这些节线上的形变未知函数作为广义坐标,把超高层建筑束筒结构的自由振动问题,运用能量原理转化为这些未知函数的常微分方程组的特征值问题,再利用高质高效的常微分方程求解器进行求解。算例结果表明:模型的简化是合理的、可行的。并总结出了几点有工程参考价值的结论,从而为超高层建筑束筒结构考虑地基、基础以及上部结构的整体动力分析提供了一种新的分析方法。     

半无限大弹性地基上变截面筒中筒高层建筑结构的自由振动

本文以变截面筒中筒结构为例建立了地基、基础与上部结构共同工作的自由振动模型;导出了计算储存在半无限弹性地基中弹性变形能所需的各种地基刚度。通过对广东国际大厦所采用的筒中筒结构的自由振动分析,得出了一些令人满意的比较切合实际的结论。     

半无限大弹性地基等效刚度公式及其应用

根据Mindlin关于一集中力作用在半空间弹性体中的位移公式,采用能量等效原理推导出半无限大弹性地基考虑基础埋深时基坑底部的法向等效刚度和切向等效刚度公式、基坑坑壁的法向等效刚度和切向等效刚度公式。同理根据Boussinesq关于半空间体在边界上受法向集中力的位移公式和Cerruti关于半空间体在边界上受切向集中力的位移公式,推导出不考虑基础埋深时地基的法向等效刚度和切向等效刚度公式,以及运用这些公式计算出半无限大弹性地基取不同地基土时的等效刚度。最后举例说明了这些等效刚度公式在分析高层和超高层建筑的上部结构、基础、地基的共同工作时的应用。     

高层建筑抗风优化设计和风振控制相关问题研究

高层建筑由于自振周期长、阻尼小,其高柔的特征使其对风荷载特别敏感,风荷载是沿海地区超高层建筑的主要水平控制荷载,因此在强/台风作用下,其抗风设计须在满足规范安全要求的前提下,同时又要经济实用和结构性能高效,为此,开展高层建筑抗风优化和风振控制方面的研究具有十分重要的现实意义。该文在对高层建筑抗风优化设计和风振控制研究现状做简要介绍的基础上,首先根据风荷载的特点,着重研究了考虑风速风向联合概率分布和基于可靠度及性能化的高层建筑抗风设计方法,采用最优准则法,以结构的总重或总造价为目标函数,以顶部位移、层间侧移以及顶部风致加速度为约束条件,对高层建筑结构杆件截面抗风优化设计的相关问题进行了研究。同时为提高基因遗传智能优化算法的收敛速度和获得最可能优化解,该文提出了传统基因遗传的改进算法(如基于改进罚函数及分级遗传算法)用于结构抗风优化设计。在结构拓扑抗风优化方面,则主要引入分层优化的概念,对变密度法和改进动态进化率的双向渐进拓扑优化方法,应用于抗风结构的拓扑构型优化算法进行了相关研究。通过实例分析验证了上述结构抗风优化算法的高效和正确性。在风振控制方面,该文结合摩擦摆系统和调谐质量阻尼器各自的优点,提出了摩擦摆调谐质量阻尼器(FPS-TMD)被动控制系统,对其力学和动力特性,以及高层建筑顶部带FPS-TMD系统的风振控制理论,进行了相关研究。以结构控制第三代Benchmark模型为实例,研究顶部带FPS-TMD系统的高层建筑风振控制效果,同时结合该文开发的基于小型电振动台的实时混合实验测试平台,采用风振控制实时混合实验结果与理论模拟计算结果的对比,验证了该文提出的FPS-TMD被动控制系统,应用于高层建筑风振控制的有效性。     

巨型悬挂结构的稳定性研究

该文首先研究了单个吊挂荷载的悬挂结构的弹性屈曲,求得了解析解。对多层吊挂荷载的巨型悬挂结构,运用连续化模型,推导了稳定平衡微分方程。结果表明:悬挂结构的弹性稳定,等同于将竖向荷载直接作用于悬挂巨型柱相同高度处的变轴力巨型框架柱的稳定。运用能量法,求出了竖向均布荷载作用下两端转动约束柱的屈曲荷载表达式,采用有限元方法验证其具有良好的精度。对两个巨型层的悬挂结构,用初等代数方法阐述了考虑层与层相互作用的屈曲荷载求解方法,与有限元方法比较表明,初等代数方法也具有良好的精度。