某大厦楼顶桅杆天线涡激振动控制分析

某超高层大厦在无地震和强风时发生异常振动,大厦内人员振感强烈。初步判断是楼顶桅杆天线发生涡激共振,并引发主体结构高阶振型共振效应。计算桅杆天线顶部风速并与各阶振型的涡激振动临界风速对比,判断桅杆天线在特定风场条件下发生频率为2.11Hz的涡激共振,与现场实测结果基本吻合。建立大厦结构的有限元模型,计算桅杆天线涡激共振荷载并以正弦波荷载的形式输入到模型中,分析不同输入角度下主体结构的动力响应情况。结果表明,桅杆天线2.11Hz的涡激共振引发主体结构高阶振型共振响应;沿135°或315°输入正弦波荷载时动力响应最大;主体结构的动力响应沿楼层呈波动形态;峰值加速度响应满足中国规范限值,但大于日本风振舒适度规范H-90级别限值,导致了显著的振感。对桅杆天线设计了三个振动控制方案,输入不同频率的正弦波荷载,分析改造后的桅杆天线对正弦波荷载频率的敏感性。结果表明,所提出的三个方案均能有效减小主体结构和桅杆天线的动力响应,且提高了最不利正弦波荷载频率,降低了桅杆天线发生涡激共振的概率。     

台风作用下输电塔塔周风场与动力响应实测分析

通过安装于台风中心的输电塔监测装置获取的实测结果,分析了台风“海马”经过期间塔身所处位置的风场特性及其动力响应特征。测试和分析结果表明：台风登陆前后,处于风眼区域的塔身位置处风向相反,登陆时刻的风速明显减小。台风经过期间湍流度和阵风因子均随风速增大呈现明显的非线性减小。10min平均风速大于10m/s后,顺风向湍流度稳定在20%~40%之间,阵风因子小于2.0。塔身位置处的顺风向脉动风速谱相较von Karman经验谱,其低频段吻合较好,高频区域能量明显偏低。不同风速下的塔线体系频率和阻尼相对稳定,对于1阶弯曲,横、顺跨线向阻尼比均约为2.5%,其较一般钢结构的偏高。输电线和塔身的耦合共振不明显。实测塔头加速度频谱分析表明塔身横、顺跨线向的1阶整体弯曲模态振动显著,但其模态位移在塔头总振动位移中占比不到10%,表明塔身动位移是以背景分量为主。     

交通荷载作用下公路路面结构振动分析

为了研究路面结构的振动特性,基于2.5D有限单元方法建立了高速公路路面结构和下卧层地基在交通荷载作用下的三维耦合振动模型。通过计算分析了路面振动加速度的变化规律和路面结构的面层、基层和底基层中的应力分布,考虑了车辆运行速度、荷载振动频率、路面分层结构形式、路面材料和下卧层地基模量等因素的影响。结果表明：车辆运行速度和荷载振动频率对路面结构的振动响应有着显著影响;同时随着路面材料刚度的提高,路面结构振动会降低,在实际工程中可通过选用合适刚度的路面材料以获得路面性能的较大改善。     

风-浪-流-RNA运行耦合作用下近海风电结构动态响应分析

近海风电结构不仅长期遭受风、浪、流等荷载的耦合作用，还需承担风轮-机舱组件(Rotor Nacelle Assembly，RNA)运行作用带来的额外动力影响，这不仅会加剧结构受载集中部位的损伤，还会影响甚至中断发电机组的正常运作。为探索近海风电结构关键部位的动力特性及振动模式，该文建立考虑风-浪-流-RNA运行的单桩风电塔的耦合分析模型，采用Von Karman风谱模型和叶素动量理论计算气动荷载，通过莫里森方程求取单桩基础结构的波浪及海流荷载，对NREL 5MW单桩塔的塔顶、叶根及单桩底部开展动力响应分析。基于频谱分析法探究结构各关键部位的响应激励源；研究了在3～30m/s风速范围内，近海风电结构动态响应随风速及海流流速的动力特性变化规律。结果表明：近海风电结构动态响应在不同工作状态下会呈现不同的频谱特征，其动态响应时程的均值与峰值随风速增加呈非线性的变化趋势。     

近地面与超高空台风风场不同时距湍流特性对比分析

基于台风“海鸥”、“凤凰”、“蔷薇”和“莫拉克”的近地面风场和台风“凡亚比”、“鲇鱼”和“狮子山”的超高空风场实测资料,进行了近地面和超高空台风风场不同平均时距(3 s、1 min、10 min和60 min)台风湍流特性的对比分析,研究了边界层台风风场的湍流特性及其与平均时距的关系。研究表明：台风风场的平均风速、风向角随平均时距的增加逐渐趋于平稳;1 min和3 s平均时距风参数能较好地反映平均风速、风向角、湍流度和阵风因子尤其是风速较大时的脉动性和变化规律;近地面与超高空台风风场的不同时距平均风速的离散性和平均最大风速之间的比例相差较大;随着平均风速的增大,近地面与超高空台风风场不同时距湍流度和阵风因子的变化规律与离散性相差较大;日本风荷载规范(AIJRLB-2004)公式基本适用于我国沿海超高空台风风场顺风向湍流度的估计;当平均时距小于10min时,随着平均时距的减小,近地面和超高空台风风场的顺风向湍流度均比横风向减小得快;超高空台风风场的3 s时距顺风向湍流度均值略小于横风向,近地面台风风场的3 s时距顺风向湍流度均值大幅小于横风向。     

损伤结构的动力性能变化研究

在悬臂梁不同部位做出不同程度的损伤,建立结构的一系列损伤工况,通过振动实验,先分析不同工况下结构的动力特性—固有频率的变化规律,再施加正弦荷载,分析不同工况下结构的动力响应的变化规律。对各种工况的结果进行比较分析后,得出悬臂梁结构在受到损伤后,其动力特性和动力响应的变化情况。     

输电塔架与输电塔-线耦联体系风振响应风洞试验研究

为研究高压输电塔-线耦联体系与输电塔架的风振动力响应特点,以某典型500kV高压输电线路结构为原型,设计制作了单塔与塔-线体系的完全气弹模型,进行了多个风向角、多级风速下的单塔和塔-线体系在紊流风场中的完全气弹模型风洞试验。试验结果表明:在紊流风场中,输电塔结构的顺风向响应和横风向响应处于同一数量级,塔-线体系与单塔相比,其风致敏感性增强,塔-线模型中输电塔的振动较单塔振动复杂,塔顶位移响应较单塔增加幅度较大,强风时塔-线体系的耦合振动现象较为明显,其振动响应表现出非线性系统特有的动力现象,振动过程中系统自振特性不断变化,风致振动激起了线性系统未有的振动频率。输电塔-线体系的结构设计需合理考虑输电塔与输电线的耦合振动对结构动力特性的影响。     

基于实测车流的大跨度悬索桥振动响应研究

以江阴长江公路大桥为工程背景,对大桥收费站实测交通流数据进行统计,建立典型车辆的等效荷载模型,模拟具有实际车流特性的6车道随机交通流。基于数值仿真技术编制程序,并考虑车-桥耦合效应,应用所模拟的6车道交通流和大桥有限元模型,计算大桥在实测车流作用下主梁不同位置位移和内力的振动响应以及动力放大系数。通过对位移和内力的变化规律分析,研究实测车流作用下大跨度悬索桥的振动响应特征。研究结果表明:不同地区典型车辆荷载存在一定差异;车流作用下大桥主梁1/4跨位置位移振动响应最大,而内力振动响应极值出现在大桥跨中位置;位移动力放大系数与现行规范规定符合程度较高;考虑车-桥耦合效应的内力动力放大系数与规范相比偏差较大,内力动力放大系数对局部范围内的车辆振动更加敏感。     

台风边缘区风场特性及其作用下高耸桅杆结构风效应实测研究

以深圳356 m气象梯度塔记录的风速时程数据为基础，分析了台风“圆规”边缘区风场平均风速、湍流度及风谱特性，并进一步探讨了台风作用下梯度塔的风致响应特征。结果表明：台风边缘区域大风时段风剖面指数均值为0.243,高度40 m以下湍流强度介于GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》中C类与D类场地之间，高度320 m处湍流强度则接近C类场地的；von Karman谱与高度320 m处实测风谱吻合较好，但与低空实测谱存在一定差异；台风激励下梯度塔以横风向振动为主，且风振多模态参与特征明显，纤绳振动不可忽略；结构加速度响应幅值对梯度塔的模态频率和阻尼存在一定影响；结构x向和y向前三阶模态频率整体呈现随加速度响应增大而减小的趋势；阻尼比的识别结果较为离散，y向的前三阶和x向的一阶模态阻尼比随结构加速度响应增大而增大，而x向的二阶和三阶模态阻尼比则随响应增大呈减小的趋势。     

大跨度楼面人群荷载作用响应分析

以某大跨度钢-混凝土组合楼板模型为对象,采用ANSYS程序进行动力时程分析,研究人群荷载作用下,荷载布置方式、结构阻尼比、楼板边界条件、楼板长宽比和人群步行方式等因素对大跨度楼面结构振动响应的影响,分析大跨度楼板的人群动力响应特性。研究结果表明：不利布载形式为中间板带附近布置人群荷载;楼板长宽比越大则楼面结构响应峰值越小;连续步行荷载作用的楼板振动响应大于原地踏步荷载的响应;楼板边界约束越强振动响应越小;增大阻尼比能显著减小人致振动。     

车辆荷载对公路隧道结构及围岩动力响应研究

目前针对大直径盾构公路隧道在车辆随机动荷载作用下的动力响应特性尚缺乏深入研究。以南京长江隧道软土地层段为例,将仿真计算所得车辆随机动荷载施加于隧道有限元模型上,得到了隧道结构和隧道周围土体在随机动荷载作用下的动力响应规律,分析了车速、路面等级与隧道侧边土层等对动力响应的影响。结果表明,极端工况下隧道结构主应力呈对称分布,结构位移由左至右呈递减趋势;对于同一隧道截面,侧边土体动力响应最强,底部土体次之,顶部响应最微弱;土体距管片越远,应力响应峰值出现的时刻越滞后且响应值越小;车速越快、路面等级越差,土体动力响应越强;相同工况下,砂土的振动应力响应值要远大于软土对应值。     

列车振动荷载作用下公轨合建隧道及周围土体动力响应特性研究

为了研究列车振动荷载作用下公轨合建隧道及周围土体的动力响应特性,采用模型试验与数值模拟相结合的方法,基于时频分析研究隧道管片和内部结构的动力响应特性以及振动波在地层中的衰减特性。研究结果表明：列车荷载作用下全频域范围内,隧道管片结构动力响应随着频率的增大而增大,而内部结构上部车道动力响应表现为随频率的增大先增大(0～140 Hz)后减小(140～200 Hz)。就不同位置动力响应衰减幅度而言,上部车道最大,其响应平均衰减幅度为20.05dB,相应地时域上峰值加速度的衰减幅度为72.6%。此外,考虑列车振动荷载的移动效应会使隧道结构的动力响应增大,移动荷载作用下道床处峰值加速度增加了约105%,内部结构侧壁处增大了41.9%,侧壁与上部车道连接处增大了47.3%,上部车道中心处增大了22.3%。单次列车振动荷载作用过程中隧道结构的最大位移发生于拱底,其峰值为3.85 mm。     

台风激励下海口市某高层建筑模态参数识别

对2014—2017年期间一栋由4根巨柱支撑、高108m的32层塔楼在台风影响下的楼顶风场和动力响应进行同步监测，获得台风“威马逊”、“海鸥”、“彩虹”、“莎莉嘉”和“卡努”影响下该楼顶部的风速、风向和不同楼层沿长、短轴向的加速度响应时程，分析了加速度响应的时域和频域特性，采用ERA-NExT、RDT、有限元法识别了实测高层建筑的模态参数，研究了与加速度幅值相关的模态频率和阻尼比。统计结果表明：强风作用下高层建筑模态频率低于静风状态下的模态频率，当加速度均方根小于10mm/s²时，顺、横风向前三阶模态频率随加速度幅值增大而减小，顺风向前三阶模态阻尼比随加速度幅值增大而增大；当加速度均方根大于10mm/s²时，顺、横风向前三阶模态频率减小速率逐步减小，顺风向前三阶模态阻尼比未出现明显增大。当峰值加速度达到最大时，沿长、短轴向一阶模态阻尼比约为2.0%、1.9%，相比静风状态下前三阶模态频率下降了约11%、12%、10%，并提出了考虑相对加速度幅值(加速度均方根与测点离地高度比值)参数影响的高层建筑基频预测公式，为台风多发区域高层建筑基频的估算提供参考。     

考虑人-结构耦合作用的大悬挑拉索结构舒适度分析

采用计算机建模和分析、预测大跨度和大悬挑结构受到人群活动激励而产生的竖向响应是非常重要的课题。人群荷载激励下结构振动响应过程中,人体不仅是荷载激励也是振动参与者,结构振动具有明显的人-结构耦合特性。考虑人-结构耦合作用,区分不同行人密度、步行频率,并采用随机性人群荷载模型,计算某18m大悬挑拉索结构在人群步行荷载激励下的振动响应。结果表明,在端部悬挑区域内加速度响应均小于标准限值70.00mm/s~2,满足舒适度要求;以质量-弹簧-阻尼模型模拟考虑人-结构耦合作用后,人体阻尼用抑制了结构的竖向振动,结构的振动频率没有改变;人群荷载激励频率对结构振动的影响远大于行人密度、数量。     

劲性支撑穹顶索膜结构模态特性试验研究

结构的模态特性是其本身固有的极其重要的力学性能,是结构动力分析的基础.准确把握结构的模态特性还能避免结构在动力荷载作用下发生共振的危险.对跨度为6m的劲性支撑穹顶索膜结构模型进行了模态特性的试验与理论对比分析,并分析了全跨荷载、半跨荷载及初始预应力等参数改变对结构振动频率的影响.研究表明:结构自振频率的理论值与试验值吻合较好,两者变化趋势基本一致;结构阻尼比在0.008~0.02范围内;荷载作用使结构低阶和高阶频率均减小,而高阶频率变化趋势更明显;预应力增加使结构自振频率增加,且高阶频率增加较快.     

双车交会过程的风-车-桥耦合振动研究

侧向风作用下,双车交会过程中车辆和桥梁的风荷载会发生突变。以大跨度悬索桥为工程背景,通过车桥组合节段模型风洞试验,测试不同状态车辆和桥梁各自的气动力系数。针对强风作用下双车交会过程,通过风-车-桥耦合振动分析,对比分析双车交会情况下车辆和桥梁的响应,讨论双车间距、风速、车速等因素的影响。研究表明双车交会时背风侧车辆风荷载突变使车辆的横向响应显著增大。     

城市立交匝道的车-桥耦合振动响应分析

依托工程实例,建立匝道车-桥耦合系统振动分析的数值仿真模型。利用大型通用软件ANSYS建立桥梁的动力模型,进行匝道的结构动力特性分析。通过对作用于匝道的车辆荷载进行具体分析,并依据车-桥耦合振动理论建立三维车桥计算模型,考虑双轴车辆的轴距、行车速度、车-桥质量比对桥梁振动响应的影响,针对不同车型、不同的自振频率,导致不同的激励频率。分析表明:采用双轴车辆模型研究车-桥耦合系统的振动更安全、可靠,能真实、有效地分析车耦桥合系统间的振动,反映耦合系统振动的实际情况,揭示车-桥耦合系统振动的实质。     

某悬挂钢结构平台振动检测及分析

采用多通道数据采集系统及信号处理技术,对某厂房内悬挂钢平台的不良振动进行动力检测及数据分析,给出钢平台在动荷载作用下的强迫振动响应和频谱特性,结合有限元分析后得出产生不良振动的原因主要是,钢平台产生了与机器干扰力频率相一致的受迫振动,并且从启动到正常运转这一过程中,干扰力频率经过结构的低阶自振频率,期间也会使结构产生大的振动响应。建议对平台进行加固处理,将连接处的胀锚螺栓换为化学锚栓,并采取适当的隔振措施,如采用弹簧垫吸收设备的振动能量。     

强台风作用下深圳卓越世纪中心的实测研究

超高层建筑的结构动力特性是影响结构风效应评估精度的重要因素,实测是获取实际结构动力特性参数的唯一方法并已有很多研究,但实测研究中出现较大振幅的情况仍极为少见。文章采用自主研发的无线加速度传感器,对高度280m的深圳卓越世纪中心北塔(ZCC)进行连续长期监测,得到10年来多次台风作用下ZCC结构顶部加速度响应时程信号。采用不同参数识别方法分别对ZCC在5次具有代表性的台风作用下的结构顶部加速度响应时程数据进行详细分析,并将台风“山竹”的实测结果和风洞试验的结果进行对比。结果显示：不同方法识别得到的结构模态频率一致性较好,模态阻尼比则存在一定差别;结构模态频率有随振幅增大而减少的趋势,顺风向的结构模态阻尼比随加速度的增大有增大的趋势,横风向的结构阻尼比则呈现较大的离散性,和加速度振幅的相关性不明显;现场实测得到的ZCC在台风“山竹”作用下的结构顶部峰值加速度和风洞试验结果具有较好的一致性,且在连续10年中测到的最大峰值加速度为23.91cm/s²,表明该建筑能够满足舒适度要求。     

动荷载作用下桥梁安全性的试验分析

桥梁荷载试验是桥梁内在质量和竣工验收最重要也是最直接的手段,而动力荷载试验研究桥梁结构的自振特性和车辆动力荷载与桥梁结构的联合振动特性。本文结合梅溪湖路西沿线谢家桥进行了行车动力响应、跳车、刹车动力响应和脉动试验,以测定该桥在动力荷载作用下的模态参数、受迫振动特性、自振特性,分析评价这个桥梁的安全稳定性。研究成果为桥梁在动荷载作用下桥梁的安全性评价提供指导作用,进一步丰富和完善桥梁整体性能和运营状态评价体系内容。