长期水平荷载对单桩式海上风机结构自振频率的影响分析EI北大核心CSCD

海上风机结构体系长期经受波浪、风等水平循环荷载的作用,从而引起地基刚度变化,海上风机结构体系属于动力敏感型结构,预测其自振频率的长期变化具有非常重要的工程意义。基于动力运动方程,考虑了桩土相互作用,通过嵌入地基刚度衰减模型考虑长期循环荷载引起的地基刚度变化,建立了单桩式海上风机结构自振频率的简化计算方法,利用实际工程和数值模拟验证了方法的可行性。最后通过开展参数分析,探讨长期循环荷载大小、加载次数对海上风机结构自振频率的影响规律;结果表明,循环荷载的增大、加载次数的增加会导致海上风机结构体系自振频率较小,风机结构体系的自振频率应偏移1P;该方法可以评估长期循环荷载下单桩式海上风机结构自振频率的变化,为近海风机结构自振频率的设计提供参考。     

利通广场台风特性与风致振动分析

对利通广场实施了在台风“韦森特”影响下的楼顶风速、风向和风致加速度响应的实时同步测试。获取了本次台风影响时此超高层建筑顶部的湍流强度、阵风因子及脉动风速功率谱密度等风场特性。通过对风致加速度的分析,研究了风致加速度的频谱特征、结构自振频率及其振型等相关动力特征,采用随机减量法求得结构第一振型阻尼比与振幅的非线性关系。另一方面,通过对此超高层建筑在无风荷载的环境激励条件下GPS楼顶位移的测试和分析,探讨了GPS多路径效应的形成机制及消除方法。并将GPS位移以及风致加速度获得的结构自振频率,与有限元分析结果进行对比分析,验证了两种测试方法均能有效识别实际结构的自振频率等动力特征。上述实测分析结果可为超高层建筑抗风设计提供参考。     

考虑人体舒适度的大跨度悬挂结构振动控制研究

大跨度悬挂结构动力特性复杂,悬挂楼板在人行荷载激励下容易产生较大振动.在研究某大跨度悬挂结构自振特性的基础上,针对大跨度悬挂结构在不同工况人行荷载激励下楼板的竖向振动,提出了在悬挂楼板上布置多组不同参数TMD(MTMD)的振动控制方法.根据大跨悬挂结构的动力特性,对减振系统的布置位置以及参数设置提出了实用的设计方法,其中各TMD的自振频率需要结合结构竖向自振频率以及人行荷载的激励频率来确定.工程实例的减振分析结果表明,设置MTMD系统并合理选取其参数后,快、慢走激励下楼板的竖向振动均可以得到较好的抑制,平均减振效果可以达到20%,从而使结构在使用时满足人体舒适度的要求.在实际工程应用前需要对实际结构进行动力特性测试来减小各种因素可能带来的误差.     

单层索网体系非线性自振特性研究

刚性结构通常采用“Rayleigh法”的线性化方法近似计算结构的基频，但是单层索网体系属于非线性预应力体系，其自振频率会随着振幅发生变化。通过分析结果表明，当节点质量较大时，用假定惯性荷载的方法计算的误差较大；“Rayleigh法”计算索网频率是基于微幅振动的假定，不能反映其振幅较大时的自振特性。本文采用连续化理论，推导了单层索网体系第一、二阶非线性自振频率近似公式，并将计算结果和瞬态分析结果进行对比，两者吻合较好。非线性自振特性的研究对于单层索网体系在风荷载作用下的响应分析具有十分重要的意义。     

考虑初始荷载影响下梁动力特性的有限元分析

从非线性弹性理论出发,应用Hamilton原理,给出了考虑初始弯曲和轴向应力影响的一般形式的单元刚度矩阵,建立了考虑初始荷载影响时梁动力分析的有限元方法,编制了电算程序。通过与解析解结果的比较,验证了有限元公式。讨论了初始荷载的类型、大小及结构自身刚度（惯性矩、惯性半径、跨度）等因素在考虑初始弯曲应力影响时对不同约束情况下梁动力特性的影响。结果表明,荷载初始弯曲应力的存在提高了梁的自振频率,这种影响与荷载的大小及结构自身的刚度有关。     

超高层建筑束筒结构受确定性动力作用的半解析分析

将超高层建筑束筒结构与其基础等效连续化为一个支撑在半无限大弹性地基上具有三维连续分布刚度和质量特性的加劲薄壁筒组合体,并以此模型,对其在多维简谐动力作用下的稳态反应进行了半解析分析,并计算出了共振响应,那就是当激励荷载的频率与结构系统的自振频率很接近时,结构的动力响应会出现非常大的突变。计算结果表明:模型的简化是合理的、可行的,从而为超高层建筑束筒结构的整体动力分析提供了一种可行的方法,并给出了几点对此类结构的抗震设计有指导意义的结论。     

巨型结构自振特性的影响因素分析

巨型结构体系是适应超高层建筑发展趋势和特点的新型结构体系,该文选取上海环球金融中心大厦为研究对象,该结构采用巨型框架结构、钢筋混凝土筒结构和伸臂钢桁架组成的三重结构体系抵抗水平荷载,进行了整体结构模型的振动台试验,并利用有限元软件ANSYS进行了自振特性分析,理论分析与试验结果进行了验证,探明了该巨型结构体系的动力特性和主要影响因素,可供工程设计人员在结构选型和方案设计时参考。     

索—拱杂交结构动力反应分析

以中山大学风雨球场工程为实例,分析研究了索--拱杂交结构体系的自振特性以及结构的抗风、抗震性能。分析发现结构的自振频率呈密集型分布,结构的风荷载脉动响应十分显著,论述了索--拱杂交结构体系进行结构动力反应分析的重要性,通过分析得到了结构的风振响应系数,为结构设计提供了重要的参考资料。最后进行了结构时域内的地震反应分析,结构表现出良好的抗震性能。     

桩顶固定且部分桩体埋入黏弹性地基中时桩的自振特性分析

将回传射线矩阵法推广至桩土系统的振动分析中,采用基于Timoshenko梁理论的Winkler地基模型,运用回传射线矩阵法及求根法求解桩顶固定且部分桩体埋入弹性地基中时桩的自振特性,并与基于有限元分析软件SAP2000的计算结果比较,验证利用回传射线矩阵法求解埋置结构自振特性的有效性和计算精度。同时,分析桩顶固定且部分桩体埋入黏弹性地基中时土体弹簧系数及土体阻尼系数对桩基自振频率和振型的影响。结果表明:随着土体弹簧系数的增大,埋置结构的各阶自振频率增大,土体弹簧系数对衰减系数没有影响,对埋置结构振型的影响较小;随着土体阻尼系数的减小,埋置结构的各阶自振频率增大,衰减系数相应减小,土体阻尼系数对埋置结构的低阶振型影响尤为明显,对高阶振型的影响较小。     

固定谐振荷载作用下曲线轨道动力响应特性研究EI北大核心CSCD

将曲线轨道视为周期性离散支撑结构,根据周期性结构的振动特性,通过引入移动荷载作用下曲线轨道梁的数学模态以及广义波数,得出曲线轨道梁频域响应的级数表达,进而求解固定谐振荷载作用下曲线轨道梁平面外弯扭耦合振动的响应特性。通过计算不同频率固定谐振荷载作用下曲线轨梁的动力响应,可以求得曲线轨梁垂向位移频响特性。对单层离散点支撑轨道模型进行计算分析可知:曲线轨道梁一阶自振频率受扣件支点垂向支撑刚度、垂向支撑阻尼系数、扣件支点间距变化影响较大,扣件支点垂向支撑刚度增加时轨梁一阶自振频率提高,垂向支撑阻尼系数增加时轨梁一阶自振频率略有减少,扣件支点间距减小时轨梁一阶自振频率提高;扣件支点间距对曲线轨梁频响特性具有显著的影响,跨中处一阶pinned-pinned共振峰幅值及支点处反共振峰幅值随支点间距的增加而变大;曲线半径对地铁轨道轨梁垂向位移频响特性几乎没有影响。     

固定谐振荷载作用下曲线轨道动力响应特性研究

将曲线轨道视为周期性离散支撑结构,根据周期性结构的振动特性,通过引入移动荷载作用下曲线轨道梁的数学模态以及广义波数,得出曲线轨道梁频域响应的级数表达,进而求解固定谐振荷载作用下曲线轨道梁平面外弯扭耦合振动的响应特性。通过计算不同频率固定谐振荷载作用下曲线轨梁的动力响应,可以求得曲线轨梁垂向位移频响特性。对单层离散点支撑轨道模型进行计算分析可知:曲线轨道梁一阶自振频率受扣件支点垂向支撑刚度、垂向支撑阻尼系数、扣件支点间距变化影响较大,扣件支点垂向支撑刚度增加时轨梁一阶自振频率提高,垂向支撑阻尼系数增加时轨梁一阶自振频率略有减少,扣件支点间距减小时轨梁一阶自振频率提高;扣件支点间距对曲线轨梁频响特性具有显著的影响,跨中处一阶pinned-pinned共振峰幅值及支点处反共振峰幅值随支点间距的增加而变大;曲线半径对地铁轨道轨梁垂向位移频响特性几乎没有影响。     

晃动的流体对渡槽结构振动的抑制与放大效应

本文对渡槽结构横向流-固耦合动力特性及其幅频响应特性进行了较为详尽的分析,分析表明：1)结构体系存在二个横向振动固有振动频率 、 , 当系统以较小的频率 （同相位频率）振动时,结构振动的方向与流体的晃动方向一致;当系统以较大的频率 （异相位频率）振动时,结构振动的方向与流体的晃动方向相反。2) 当外动力荷载的频率（或卓越频率）与 （或 ）接近时,结构体系会发生共振反应,流体对结构振动会产生放大效应。3)渡槽结构体系还存在一个特殊的振动频率 ,当外动力荷载的频率（或卓越频率）与 接近时,晃动的流体对结构起到减振的作用。4)渡槽内的流体质量可以分为固定质量与晃动质量两部分,其中固定质量会加大结构顶端的动力惯性反应,可能会对结构安全构成不利影响。     

调频式钢轨阻尼器对曲线轨道动力特性影响研究EI北大核心CSCD

建立垂向安装有具有两阶自振频率的调频式钢轨阻尼器(Tuned Rail Damper,TRD)的曲线轨道频域解析模型。将此曲线轨道视为离散支承的无限周期结构,引入周期无限结构理论,结合频域模态叠加法,通过求解轨道某“基本元”内一点的动力响应,进而得到安装有TRD的曲线轨道上任意位置处的动力响应。对安装TRD的曲线轨道动力特性进行计算分析可知:TRD能够显著降低曲线轨道在TRD自振频率附近频段内的振动响应并有效抑制曲线轨道的pinned‑pinned共振;安装TRD后,曲线轨道钢轨振动衰减率明显增大;TRD对不同半径曲线轨道的动力响应均具有一定的抑制作用;移动谐振荷载作用下,当荷载激振频率大于轨道自振频率时,安装TRD的曲线轨道时域振动响应被不同程度地抑制,当荷载激振频率与TRD自振频率一致时,轨道的振动响应显著降低。     

复杂空间框架结构的自振特性分析

回传矩阵法自提出以来已被成功应用于平面桁架结构和层状介质的瞬态响应分析中.从编制统一的空间框架结构回传矩阵法动力计算程序的角度出发,给出回传矩阵法列式的统一推导过程,考虑材料阻尼、节点集中质量和弹簧阻尼支撑等因素,将原回传矩阵法推广应用到复杂空间框架结构的自振特性分析中.数值算例表明该方法在求解自振特性时具有计算精度高、求解代价小等优点.     

任意形状板考虑初始荷载效应的动力特性有限元分析

基于板考虑初始荷载效应的动力控制微分方程,运用等参变换方法,提出了任意形状板考虑初始荷载效应影响的动力有限元分析方法,编制了相应程序。同时,为验证提出的有限元方法的正确性,分别运用伽辽金法、瑞利法求解了几种典型板考虑初始荷载效应的基频近似解和简支正方形板考虑初始荷载效应的前三阶频率近似解。对比验证说明了提出的基于等参变换的任意形状板考虑初始荷载效应的动力有限元分析方法和频率近似解正确、有效。并通过计算分析,讨论了初始荷载大小、板的厚度等因素对板自振频率的影响,结果表明:初始荷载的存在提高了板的自振频率,并主要与荷载大小,板的跨厚比和边界约束条件有关。计算分析中应重视初始荷载效应对板的结构行为产生的影响,以做到精确分析和合理结构设计。     

渡槽结构模态分析

本文通过一个计算实例对渡槽的动力特性进行了分析,结果表明空槽与有水状况时,槽身自振频率有区别,尤其对结构安全影响较大的低阶频率相差较大,表明槽身与水体的横向动力相互作用对渡槽结构的自振频率有影响,由实例分析结果,得出了该型式渡槽的主要振动形式及其振动频率,揭示了此类大型渡槽的动力特性,所得结果可为该新型渡槽的抗震设计及其防护提供依据     

开放系统悬臂类结构的动力特性计算方法

结构总是修建在一定的场地而形成土-结构相互作用的开放系统。为解决开放体系下悬臂类结构的自振频率、振型和考虑辐射阻尼下模态阻尼比的计算问题,提出了脉冲荷载响应模态分析法。该方法采用直接有限元法建立土-结构相互作用有限元模型,对结构施加脉冲荷载得到结构动力反应后,由模态识别方法计算结构的动力特性。随后,以一个悬臂类五层框架结构为例研究了计算动力特性随土体计算范围变化的规律和脉冲荷载激励点位置对计算结果的影响。在此基础上,讨论了土体材料阻尼对模态阻尼比的影响,并与集总参数模型和直接模态分析法进行对比,说明不同方法的计算精度。计算结果表明,随着土域计算范围的增加,脉冲荷载响应模态分析法所得的动力特性将逐渐收敛到精确解;当土体计算范围大于结构基频所对应的波长的2倍时,结构自振频率的误差小于1%,模态阻尼比的误差小于5%;以非模态节点作为激励点都可以得到比较精确的结果;三参数集总参数模型所得模态阻尼比存在显著误差,直接模态分析法所得模型的基频随土域范围增大而趋向于零;相比于辐射阻尼,土体材料阻尼对结构的各阶模态阻尼比的影响较小。     

褶皱发展对平面张拉薄膜屈曲后动力特性的影响

剪切位移荷载作用下,平面张拉薄膜经历缺陷、临界褶皱和宏观褶皱3种状态。该文依次分别对处于3种状态的薄膜进行自振特性分析,并明确了3种状态的划分原则。计入平面张拉薄膜的微小抗弯刚度,采用ANSYS/LS-DYNA中显式-隐式连续求解的方法对屈曲后薄膜的动力特性进行分析。依据忽略面外变形的理想模型自振特性分析结果,把平面张拉薄膜的振型划分为贯通振型和间断振型,贯通振型又划分为纵向贯通振型和横向贯通振型。研究结果表明:薄膜处于缺陷状态时,面外变形对薄膜自振特性的影响可以完全忽略,受主应力分布的影响,低阶振型中纵向贯通振型更易于出现,纵向贯通振型的波峰或波谷数量随着频率阶数的递增而规律递增。临界褶皱状态,薄膜的各阶频率均随剪切位移的增加而出现大幅波动,面外变形对薄膜振型的影响逐渐增大,横向贯通振型消失,纵向贯通振型的递增规律逐渐破坏;宏观褶皱状态,薄膜的各阶频率趋于稳定,其主应力分布及振型受面外变形的影响显著。     

超高层建筑风致响应共振分量的简化计算

在超高层建筑前几阶自振频率所在的量值范围内,广义荷载谱随频率的分布并不具有典型的白噪声特性,基于白噪声假定的风致共振响应成分简化计算公式可能带来明显的计算误差。为此,本文提出了在对数坐标系下结构前几阶自振频率所在的窄带范围内广义荷载谱随频率的线性分布假定,并采用线性回归分析对直线的斜率进行拟合;进一步,在采用变步长辛普生积分确定结构的共振响应成分与直线斜率及结构阻尼比等参数的对应关系后,提出了共振响应分量新的简化计算公式.最后,以某一具有“靴型”外形的非规则超高层建筑为工程实例,验证了采用本文方法计算得到的结构风致共振响应成分相比于传统的白噪声假定结果具有更高的精确性和更广泛的适用性.     

分析恒载效应的有限元方法

本文在Takabatake关于恒载对梁静、动力影响的研究工作的基础上,导出了梁考虑恒载效应的动力分析有限元公式,提出了荷载影响刚度矩阵的概念。分析了分布和集中两种恒载型式对简支梁和悬臂梁自振特性的影响。计算结果表明,用本文方法与Takabatake应用Galerkin方法和近似闭合解方法的结果吻合良好。同时由于本文采用了矩阵形式,不仅便于编制计算机程序,且使方法有更广泛的适用性和灵活性,可更方便地用于各种不同的构造和边界条件下的实际结构。