基于时变内力加权指标的大型冷却塔等效静风荷载

等效静风荷载是对动态风荷载和结构惯性力的拟静力化等价荷载模式,涵盖结构预期动力响应包络值,属结构设计中的荷载效应简化分析环节。在大跨空间结构抗风设计中,等效准则选取与荷载模式识别是将复杂动力问题转化为拟静力问题的关键步骤。目前等效静风荷载的评价准则众多,不同准则下的等效模式差异明显,缺少统一的共识性标准。为了体现不同风致内力响应对结构安全的综合影响,将评价准则由单一的荷载或内力层面拓展到多种内力加权组合层面。对于钢筋混凝土空间结构,该准则以物理概念清晰的配筋率作为表现形式,并融入结构动力响应时变特征。以某大型冷却塔为例,在脉动风压加载条件下进行时域分析得到风致结构动力响应时程,根据时变内力加权组合计算结构动态配筋率;从单一内力和内力加权两个层面评价现行规范等效静风荷载的抗风安全冗余度;以配筋包络线为等效目标,反演获得了兼顾多种内力加权组合的等效静风荷载分布模式,阐明了相关算法和等效策略的合理性和工程适用性。     

高层建筑风致响应和等效静力风荷载的特征

详细讨论了高层建筑风致振动和等效静力风荷载的计算方法及其特征。将结构风致响应分解为平均响应、动力响应的背景分量和共振分量,给出了相应的计算公式;还给出了背景和共振等效静力风荷载的计算公式,提出了等效静力风荷载组合的一种简便方法,并讨论了计算背景分量的QML法和LRC法的差异。最后,以一典型高层建筑为算例,讨论了高层建筑风致响应和等效静力风荷载的主要特征。     

大跨屋盖结构共振响应多目标等效静力风荷载

针对大跨屋盖结构等效静力风荷载计算需要兼顾多个响应控制目标问题,基于能量等效,提出了大跨屋盖结构风致共振响应多目标等效静力风荷载分析方法。根据结构风致共振响应特点,从保证结构整体安全的角度,确定以结构风振过程中各节点吸收和转化的风动能达到极值时刻为等效目标,据此最不利情况,推导了共振响应多目标等效静力风荷载表达式。最后,将该方法应用于北京奥运网球中心屋盖结构共振响应等效静力风荷载计算,结果表明:该等效静力风荷载下的结构静力响应与频域分析得到的结构动力响应极值吻合较好,验证了所提方法的有效性和工程实用性。     

超高层建筑等效静力风荷载的反演法

该文根据刚性模型测压风洞试验结果,给出了确定等效静力风荷载的反演法,其中,位移等效静力风荷载是在已知最终位移的基础上,运用虚拟广义坐标的概念,根据线性最小二乘法进行反推,而内力等效静力风荷载则在最终截面内力已知的基础上,根据悬臂梁静力平衡法进行反推。值得注意的是,计算等效静力风荷载所需的最终响应是根据完全二次型组合方法(CQC)求出的,不再分成背景分量和共振分量,而且还可以考虑多振型的耦合。以陆家嘴X3-2 地块办公楼为例进行刚性模型测压风洞试验,根据反演法计算出位移等效静力风荷载和内力等效静力风荷载,然后由静力法求出最终响应,通过与CQC法直接计算的结果对比来说明其有效性。     

非线性振型结构HFFB试验模态力计算方法及不确定性分析

基于高频测力天平风洞试验对非线性振型结构的风致响应提出了改进的评估方法。假设结构风荷载沿高度的分布与阵风风压分布相同,采用结构真实振型计算风荷载模态力。推导了高耸结构风荷载模态力及风致响应计算公式,可以考虑结构多阶真实振型,从而使高频测力天平方法可更为准确地评估非线性振型结构的风致响应及等效静力风荷载。对某一质量、刚度有突变的高耸结构进行了高频测力天平风洞试验,与现有的线性化振型法进行对比,结果表明在弱非线性振型下,线性化振型法得到的加速度响应较层荷载假设方法偏大约40%。研究了层荷载分布的不确定性对计算加速度响应结果的影响,结果表明在阵风剖面层荷载的假设下,荷载分布的不确定性对结构最大加速度响应的影响很小,验证了本文方法的适用性。     

高层建筑横风向风致响应及等效静力风荷载的分析方法

高层建筑横风向风致响应和等效静力风荷载是风工程和结构工程领域关注的问题。基于既有高层建筑横风向气动力和气动阻尼研究成果,推导出一套高层建筑横风向风致响应及等效静力风荷载的计算方法。该方法考虑了广义气动力的振型修正、气动阻尼及背景分量对风致响应的影响。通过算例与日本AIJ(2004)推荐的横风向荷载的计算方法进行了比较,显示了本计算方法的便捷性和结果的准确性,并分析了振型修正、气动阻尼和背景分量等因素对计算结果的影响。     

基于修正LRC的响应分组法求解等效静力风荷载

对计算背景等效静力风荷载的传统LRC法进行修正,提出用修正LRC方法直接计算大跨结构的风致峰值响应,以避免求解大跨屋盖等效荷载多阶共振分量的繁琐过程。共振分量部分在背景等效风荷载中得到补偿,从而直接计算包含背景和共振分量的动力分量;补偿的方法是给背景分量的每个元素乘上一个待定的修正系数,该系数由数值方法来确定。基于修正LRC方法,提出了对目标等效响应的分组原则,即根据各组等效静力风荷载在其他响应上的等效精度来确定分组的标准,然后采用响应分组的思路求解等效静力风荷载。该方法可用于计算大跨结构的多个目标峰值响应,克服了传统方法仅能等效单个响应的缺陷。     

典型格构式结构风荷载及风致响应规范比较

对国内外四种常见格构式结构荷载规范中风荷载计算方法、关键参数取值等进行详细对比分析,以典型500 kV单回路酒杯型输电塔为例,将规范计算所得风荷载与风洞测力试验所测风荷载进行比较,计算结构的风致响应。对比分析发现,相同条件下（50年重现期）不同规范对同一输电塔结构的等效风荷载存在一定差异。随节段高度增加,我国规范GB50545的等效静力风荷载偏大。据规范计算所得风致响应值与据测力风洞试验计算结果吻合较好。由于我国规范未考虑重现期对线路影响,随线路安全等级提高,其等效静力风荷载可能会不安全。     

高层建筑屋顶广告牌风致响应分析

基于刚性模型测压风洞试验数据,采用时程分析法对高层建筑屋顶广告牌的风致响应进行了研究,并分析了单边布置、邻边布置、三边布置及四边布置广告牌对风致响应的影响。结果显示,高层屋顶广告牌单边布置时面板受力最大,而三边布置广告牌时面板受力最小;面板中间位置的斜撑单元对风荷载最为敏感,靠近面板迎风侧的立柱单元内力响应相对较大,面板中心位置的横向单元内力响应最大;不同的广告牌布置方式下,各类单元的阵风响应因子差别都不超过0.1。而同一种广告牌布置方式下各类单元之间的阵风响应因子差别最大为0.3;建议计算高层屋顶广告牌等效静力风荷载时,可偏保守地将阵风响应因子统一取为1.6。     

基于气弹模型试验的高耸结构随机风振等效静力风荷载

给出了基于高耸结构气弹模型试验的有限截面风振位移和加速度响应测量结果推算任意结构层位移和加速度响应的最小二乘方法。采用简化的串联多质点系力学模型推导了基于高耸结构气动弹性模型试验的整截面风振内力的计算方法,进一步提出基于气弹模型试验结果的按各结构层整截面风振内力等效的多模态综合等效静力风荷载的最小二乘计算方法。作为实例,以某高耸电视塔为例说明了所提出的多模态综合等效静力风荷载计算方法的可行性和可靠性。     

基于位移测量的输电塔等效静风荷载研究

以输电塔气弹模型为试验对象,基于非接触式精密位移测量系统,在风洞中测量了不同风向、风速下输电塔的位移响应。采用荷载响应相关法,建立了基于输电塔气弹模型位移响应的等效静风荷载试验分析方法。结果表明:输电塔在两轴向的风振响应均以一阶模态为主,且顺风向的脉动响应要大于横风向;计算得到的输电塔顺风向等效荷载要远大于横风向,且顺风向等效荷载中平均量占优,背景次之,共振不显著;对比分析显示,该文所建立的输电塔等效静风荷载试验分析方法合理、有效。     

A topological optimization approach for structural design of a high‐speed low‐load mechanism using the equivalent static loads method

In high‐speed low‐load mechanisms, the principal loads are the inertial forces caused by the high accelerations and velocities. Hence, mechanical design should consider lightweight structures to minimize such loads. In this paper, a topological optimization method is presented on the basis of the equivalent static loads method. Finite element (FE) models of the mechanism in different positions are constructed, and the equivalent loads are obtained using flexible multibody dynamics simulation. Kinetic DOFs are used to simulate the motion joints, and a quasi‐static analysis is performed to obtain the structural responses. The element sensitivity is calculated according to the static‐load‐equivalent equilibrium, in such a way that the influence on the inertial force is considered. A dimensionless component sensitivity factor (strain energy caused by unit load divided by kinetic energy from unit velocity) is used, which quantifies the significance of each element. Finally, the topological optimization approach is presented on the basis of the evolutionary structural optimization method, where the objective is to find the maximum ratio of strain energy to kinetic energy. In order to show the efficiency of the presented method, we presented two numerical cases. The results of these analyses show that the presented method is more efficient and can be easily implemented in commercial FE analysis software. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

大跨度屋盖结构考虑模态耦合的抖振共振响应分析方法

提出了可考虑模态耦合效应的共振响应分量近似形式，并基于此得出用于计算风振响应共振分量的修正SRSS法。最后将该方法运用于上海南站工程屋面结构的共振响应分析以检验其正确性及精度。本方法为进一步建立复杂大跨度屋盖结构等效静力风荷载方法奠定了基础。     

超临界Re数下拉索顺风向自激力特性研究

为获得极端风速下拉索顺风向振动自激力特性,推导了拉索与顺风向阻尼相关的颤振导数准定常解析值。为保证数值模拟的质量,基于固定拉索CFD计算的网格尺度无关性检查,确定了振动拉索数值模拟的合理参数和气动力系数。开展了Re=5.18×10₅折算风速从53~1050范围内拉索顺风向强迫振动数值模拟和拉索颤振导数P_*1识别,研究结果与准定常解析值的良好一致性,说明了本文方法的合理性,表明能采用准定常解析值来确定拉索超高折算风速下的颤振导数P*₁。研究同时表明,在超高折算风速和拉索横风向振动情况下,拉索涡脱力显著主导气动力,拉索振动不改变拉索的漩涡脱落频率,因此拉索自激气动力可忽略,风荷载只需考虑涡脱力。     

预应力内荷载的新计算方法-直接内载法

预应力内荷载是预应力束对结构作用产生的内荷载,是预应力结构设计和理论分析时需要计算的重要参数.依据预应力对结构作用的形态,得出预应力对结构的作用是由预应力束的法向反弹力、预应力束端部的锚固力和预应力束对构件的摩擦力组成.根据这个结论,提出直接内载法计算作用在结构上的预应力内荷载,推导了预应力摩擦应力损失方程,并证明了预应力内荷载的自平衡性,分析了它与等效荷载法的区别和一致性,得出了直接内载法能揭示预应力荷载的分布规律,说明了直接内载法是对目前普遍使用计算预应力内荷载的等效荷载法的修正和补充.同时,通过试验实测和有限元ANSYS结构分析程序进行数值模拟分析,得到的理论计算结果与实测结果相互吻合,验证了本文的结论.     

预应力内荷载的新计算方法—直接内载法

预应力内荷载是预应力束对结构作用产生的内荷载,是预应力结构设计和理论分析时需要计算的重要参数。依据预应力对结构作用的形态,得出预应力对结构的作用是由预应力束的法向反弹力、预应力束端部的锚固力和预应力束对构件的摩擦力组成。根据这个结论,提出直接内载法计算作用在结构上的预应力内荷载,推导了预应力摩擦应力损失方程,并证明了预应力内荷载的自平衡性,分析了它与等效荷载法的区别和一致性,得出了直接内载法能揭示预应力荷载的分布规律,说明了直接内载法是对目前普遍使用计算预应力内荷载的等效荷载法的修正和补充。同时,通过试验实测和有限元ANSYS结构分析程序进行数值模拟分析,得到的理论计算结果与实测结果相互吻合,验证了本文的结论。     

A pushover seismic analysis method for asymmetric and tall buildings

A pushover seismic analysis method based on the extended N2 method is proposed. Compared to the extended N2 method, the proposed method has four modifications that account for nonlinear higher mode effects. In the first modification, a lateral load based on the equivalent static forces from the dominant dynamic modes of a building combined using the effective mass ratio is used in pushover analysis to consider the higher mode effect in elevation. In the second modification, the total torsional mode effective mass factor is used to modify target displacement in pushover analysis to consider inelastic higher mode effect in plan. In the third modification, the coefficient of torsion (CT) is determined by combining the CT from pushover analysis with that from response spectrum analysis using a contribution factor depending on the ductility level. In the fourth modification, the maximum inter-story drift is derived based on target displacement while considering the effects of story height, ductility, and building period. These modifications are verified using a 14-story building with 10% eccentricity and medium to high structural ductility. Analytical results show that the proposed method predicts better target displacement, CT, and maximum inter-story drift than the N2 and extended N2 method.     

波谱单元法在空间桁架地震响应分析中的应用

摘 要：针对传统波谱单元法（SEM）只能用于求解节点集中荷载作用下结构动力响应问题的不足,提出了一种通过计算地震等效波谱节点荷载求解桁架结构地震响应的方法。基于虚功原理,利用波谱形函数积分得到地震等效波谱节点荷载的显式表达式,通过修改波谱单元法中单元刚度矩阵的波数,考虑了阻尼对结构动力特征的影响,采用数值拉普拉斯（Laplace）变换替换快速傅立叶（FFT）变换,回避了传统波谱单元法中FFT的周期性问题。利用地震荷载等效后的波谱节点荷载对三维空间桁架结构进行地震响应分析,结果表明,采用本文的方法能方便的计算桁架结构的地震等效波谱节点荷载,精确求解结构的地震响应,与传统有限元法（FEM）相比,大大减少计算单元数量,提高计算精度,且便于编程计算。