大跨屋盖结构多目标等效静力风荷载

为解决大跨屋盖结构等效静力风荷载计算中存在的多个响应目标等效问题,对多目标等效静力风荷载分析方法进行了研究。根据结构风振响应特性,基于LRC法基本原理推导了构造大跨屋盖结构多目标等效静力风荷载的基本分量,包括背景分量、共振分量及其二者的耦合项分量,该基本分量能够实现与风振响应各分量的完全对应。在此基础上,建立了多目标等效静力风荷载的求解方程,同时为限制奇异荷载的出现,引入了边界条件方程,据此求解得到了能够满足大跨屋盖结构多个响应目标的等效静力风荷载。为提高精度,还根据目标响应与静力响应间误差对求得的多目标等效静力风荷载进行修正。最后,采用所提方法对国家体育场大跨屋盖结构多目标等效静力风荷载分析计算表明,所得等效静力风荷载作用下结构静力响应与多目标响应吻合较好,验证了所提方法的有效性。     

大跨度柔性斜拉-悬索体系风致静动力响应研究

在风作用下大跨度斜拉-悬索体系具有明显的三维流动特点, 其风效应较为复杂, 同时斜拉-悬索体系跨度大、刚度小、对风作用较为敏感, 易产生风致振动。该文以空中客车系统为工程背景, 首先通过1∶1足尺节段模型风洞试验得到主缆和轨道的气动力系数, 然后在分析风、主缆、轨道三者相互作用的基础上, 对有限元分析软件ANSYS进行二次开发, 建立风、主缆、轨道非线性空间分析模型, 通过风荷载的自动加载, 实现风致静动力响应全过程仿真模拟, 从而得到主缆、轨道的静动力响应。计算结果表明, 结构整体表现较柔, 在设计风速下轨道和主缆横向位移较大, 结构横向总响应较竖向总响应要大得多, 结构总响应以横桥向为主。研究结论可为大跨度柔性斜拉-悬索体系的进一步优化设计提供依据。     

大跨屋盖结构风振响应参数灵敏度分析

对典型大跨屋盖结构风振响应开展参数灵敏度研究,目的是定量评估各种不确定因素对结构风振响应不确定性的贡献率,获得不确定性在风荷载与风振响应间的传递规律。首先结合Sobol'方差分解法和拉丁超立方抽样技术建立适用于大跨屋盖结构的全局灵敏度分析方法,通过多次采样风洞试验获得大量脉动风荷载时程,作为灵敏度分析的输入变量。合理建立结构参数概率统计模型,分别应用局部和全局灵敏度分析方法对典型大跨屋盖结构极值风振响应进行了参数灵敏度分析,研究发现:多个参数共同随机变化时,结构极值风振响应近似服从广义极值分布;结构风振响应的不确定性主要受风荷载不确定性控制;结构风振响应的参数灵敏度与共振响应在总响应中的比重有关,共振响应占比越大,结构对风荷载越敏感。     

大跨索屋盖结构风振动力计算新方法研究

大跨索屋盖结构风振动力响应复杂,传统采用等效静力风荷载计算其风致振动响应的适用性一直是当前大跨结构研究的热点。针对下凹型(单层马鞍形索网)和上凸型(轮辐式双层索网、索穹顶、弦支穹顶)四类典型大跨索屋盖结构,以四类结构风洞试验测试数据为基础,结合最近邻点插值方法研究提出了基于节点动力风荷载(模式一)和面组分区动力风荷载(模式二)两种荷载取值计算模式及其计算流程,并与传统基于等效静力风荷载的取值计算模式(模式三)进行对比,在四种不利风向角下探究四类典型索屋盖采用三种荷载取值模式时的风致振动响应。结果表明,基于模式一与模式二计算得到的索屋盖结构风振响应均较模式三要高,采用节点风荷载的取值计算模式一能更为精确地反映屋盖结构实际承担的风荷载,有效表征屋盖结构的实际风振响应;在上下游均无临近场馆影响下,下凹型和上凸型索屋盖的平均和脉动风振位移响应云图总体分布规律较为一致,但响应大小变化规律不一,下凹型呈现中间大、周边小的逐渐递减的规律,而上凸型屋盖呈现中心区域小、中间环带大、周边再次下降的变化规律。     

基于应变能等效的大跨屋盖结构背景响应等效静力风荷载

根据结构应变能等效,推导了大跨屋盖结构背景响应等效静力风荷载表达式,解决了大跨屋盖结构等效静力风荷载计算中需要兼顾多个等效目标的问题,并赋予了其明确的物理意义,即将其与脉动风荷载下结构的应变能联系起来.最后将该方法应用于国家体育场屋盖结构背景响应等效静力风荷载的计算以验证其有效性.     

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。     

能量等效大跨屋盖结构三分量多目标等效静力风荷载EI北大核心CSCD

针对大跨屋盖结构风效应静力等效分析中需要考虑多响应目标问题,与脉动风振响应背景分量、共振分量及其二者耦合项分量(简称三分量)相对应,提出一种大跨屋盖结构三分量多目标等效静力风荷载分层分析法。首先,基于能量等效,考虑结构所有节点响应,分别推导了三分量多目标等效静力风荷载表达式;其次,根据三分量响应能量对脉动风振总响应能量的贡献程度,定义三分量能量贡献系数,据此系数实现大跨屋盖结构三分量响应层次划分,并针对不同层次结构,制定了相应的总等效静力风荷载组合求解方法;最后,以北京奥林匹克公园网球中心赛场屋盖结构为例,对其三分量响应层次划分,根据划分结果,组合得到结构总等效静力风荷载。同时对总等效静力风荷载作用下的结构静力响应与频域分析所得目标响应进行对比,发现二者吻合较好,能够满足实际工程要求,说明所提方法有效且具有工程应用价值。     

大跨空间结构风振响应及其计算与试验方法

大跨空间结构体系广泛应用于工业和民用建筑中，并且日趋大型化，多样化，复杂化，风荷载已成为该类结构抗风设计，防灾减灾分析的控制荷载之一，文中针对大跨空间结构，分析了风振形式及其机理，阐述了风振响应计算方法和试验方法。指出随机振动理论，有限单元法和数值分析理论是大跨空间结构风振响应计算的有效理论工具，风洞试验是研究结构风振的主要实验手段，结构风振数值模拟方法具有广阔发展前景。最后，提出值得进一步研究的若干问题。     

大跨干煤棚网壳风振时程分析和等效静风荷载研究

以某热电厂大跨干煤棚网壳工程项目为背景,对开敞干煤棚网壳结构进行了风洞测压试验。基于风洞测压试验所得的脉动风荷载时程数据,开展了大跨干煤棚网壳风振时程分析。分析了不同风向角下是否堆煤对该开敞干煤棚网壳结构风振响应的影响。研究了基于时程计算结果的大跨屋盖结构等效静风荷载计算方法,分析比较了几种常用的风振系数计算公式及其与峰值因子的关系。研究结果表明：考虑Weibull分布峰值因子的局部轴力风振系数能够用于确定合理有效的等效静力风荷载,实现大跨干煤棚网壳结构风振响应的静力等效,且便于工程应用。     

大跨度柔性斜拉-悬索体系风-车-线路耦合振动研究

针对斜拉-悬索体系跨度大、刚度小以及对风和车辆作用较为敏感的特点,以一待建空中客车系统为工程背景,在分析风、车、线路三者相互作用的基础上,建立了风-车-线路非线性空间耦合分析模型。对有限元分析软件ANSYS进行二次开发,通过风荷载和车辆荷载的自动加载,实现车辆运行全过程的仿真模拟,从而得到车辆和斜拉-悬索体系的动力响应。实例分析结果表明,斜拉-悬索体系中斜拉索的位置和刚度对车辆的竖向加速度响应有显著的影响。研究结论为大跨度柔性斜拉-悬索体系的进一步优化设计提供了依据。     

斜拉网格结构的结构形式、应用及特性在国内的研究进展

斜拉网格结构是目前应用较为广泛的刚柔混合结构体系之一,由塔柱、拉索、网格结构组合而成。系统的对该类结构体系在我国的发展进行了回顾及展望。首先,对该混合结构的结构形式发展及部分工程应用进行了介绍;之后,分别回顾了斜拉平板网架结构和斜拉空间网壳结构的结构特性研究,从考虑结构几何非线性,参数振动和模态跃迁等因素,突出分析了斜拉空间网壳结构复杂的动力特性行为;最后,分析尚存的问题,对今后的发展进行了展望。     

大跨空间结构理论研究和工程实践

结构形式的创新和有力的理论研究支持,是大跨空间结构健康发展的两个关键因素。文章结合笔者参与的若干大型工程,从一个侧面反映我国十余年来在空间结构形式创新方面所进行的努力。简要介绍了笔者在悬索体系解析计算理论、单层网壳结构稳定性、网壳抗震性能和振动控制、悬索和薄膜结构的风致动力响应等理论研究领域取得的一些进展     

冲击荷载作用下单层网壳结构动力稳定性研究

针对冲击荷载不同于地震作用,而常规动力稳定性判定准则不适用问题,阐述求解冲击问题的基本理论及冲击荷载取值;据冲击荷载特性提出适合冲击碰撞问题的单层网壳结构动力稳定性判定准则;选K6型单层网壳结构模型,利用非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA进行结构冲击作用下动力稳定性分析,通过大量算例,分析其在不同冲击物质量比及速度作用下全过程动力响应,结合动力响应模式获得冲击荷载作用下单层网壳动力失稳的临界能量区域,并从矢跨比、跨度、杆件截面三方面对结构进行参数分析。结果表明,基于网壳动力响应模式与冲击能量相结合方法对单层网壳进行动力稳定性判定合理;结构刚度越小,冲击作用下动力稳定性越差;加大主肋利于提高结构动力稳定性。     

大跨度斜拉桥非线性静风稳定分析

随着跨径不断增大,斜拉桥存在静风失稳的可能性。综合考虑了静风荷载和结构自身非线性因素的影响,引用大跨度桥梁非线性静风稳定分析理论,采用增量双重迭代搜索法对大跨度斜拉桥进行了非线性静风稳定分析。编制了相应程序应用于香港汀九桥这一结构形式独特新颖的大跨度斜拉桥,由其全过程力学行为探明了其静风失稳机理,并对其失稳过程中的一些特殊物理现象做出解释。最后,探讨了初始风攻角对汀九桥静风稳定性的影响。     

大跨刚构桥梁气动弹性试验及分析

对位于台风袭击地区的大跨预应力混凝土薄壁柔性墩刚架桥,其最大双悬臂状态为在整个施工过程中最不利抗风状态。本文以一座位于强台风地区的实桥为例,通过对此类桥梁的成桥和施工状态的动力特性的特点、全桥气动弹性模型的设计方法、紊流风场的模拟和风洞试验的介绍,讨论了这种变截面结构桥梁的气动弹性问题,在准定常假定的基础上,给出了此类桥梁的驰振稳定性判别准则和频率域中的抖振分析方法,并同试验结果进行了比较     

大跨度斜拉桥损伤识别的三步法

大跨度斜拉桥是交通线上的重要结构,对其健康状态进行监测具有重要价值。以位于广东新会的崖门桥(双塔刚构体系预应力单索面混凝土斜拉桥)为工程背景,探讨了结构动力损伤识别的基本步骤以及利用结构动力损伤识别三步法对大型工程结构进行损伤识别的有效性。结果表明结构动力损伤识别三步法对大跨度斜拉桥的损伤识别具有较好的适用性,适合在大跨度斜拉桥的健康监测中应用。     

风荷载下单层柱面网壳的动力稳定

以一单层柱面网壳为例,利用Budiansky-Roth准则研究空间结构在风荷载下的动力稳定性。介绍了Budiansky-Roth准则,通过风洞试验获得单层柱面网壳上的风荷载并研究其动力稳定性,讨论了初始几何缺陷、风向角和风压系数的影响,并将动力失稳分析结果与我国规范和阵风响应因子法（GRF法）计算动力响应导致结构破坏的方法作了比较。研究结果表明,空间结构进行风荷载下的稳定性设计时有必要研究其在风荷载下的动力稳定性。     

杭州湾南航道独塔斜拉桥抗风性能试验研究

杭州湾大桥为目前世界最长的跨海公路大桥,主桥包括南航道和北航道两座大跨度桥梁,抗风稳定性是控制主桥设计和施工的主要因素。采用单梁法力学计算模型对杭州湾南航道独塔斜拉桥成桥状态及施工状态进行动力特性分析,并通过节段模型风洞试验方法进行了测振试验和静三分力试验,即可测定颤振临界风速、气动导数、涡激振动响应、抖振响应和静力三分力系数,据此分析评估该桥的抗风性能。风洞试验结果表明:该桥具有较好的抗风稳定性。     

箱包炸弹内爆作用下单层球面网壳结构的动力响应分析

运用ANSYS/LS-DYNA建立跨度40 m凯威特K8单层球面网壳,采用流固耦合算法,考虑箱包炸弹在网壳内部爆炸的最不利类型,获取其动力响应规律。研究结果表明:在不同炸点水平位置下,网壳内部流场分布特征、冲击波传播路径以及冲击波与网壳作用过程存在差异,各特征响应随炸点水平位置的改变变化较大,网壳杆件塑性应变百分率大致在网壳半跨的3/4处达到极值;环杆塑性应变百分率较斜杆以及肋杆高,环杆轴向应力呈现的高频率、高幅值的"环杆效应"特征与环杆所处的位置有关,且主要位于网壳的倒数1~3环区域;由于冲击波的局部增强效应,内爆荷载作用下网壳结构的易损薄弱部位主要有柱脚、支座附近杆件以及网壳环杆3部分。