超高层建筑地震反应中高阶振型影响分析

建立了上海中心大厦的三维精细化有限元模型,针对上海地区场地类别选用了7条地震波作为水平输入,采用振型叠加的时程分析法计算了结构地震反应。通过对不同数量振型组合计算所得结构反应的比较分析了上海中心大厦地震反应中高阶振型的影响,结果表明:高阶振型对上海中心大厦结构的最大水平位移和最大层间位移角影响不大,对结构地震内力的影响不容忽视,为研究超高层建筑结构抗震设计中振型组合数目的选取提供了参考依据。     

高层基础隔震建筑非平稳随机响应改进算法

利用虚拟激励法和等效线性化技术,计算了基础隔震高层建筑的非平稳随机响应。研究了高阶振型对高层隔震建筑响应的影响,提出了针对基础隔震结构随机响应分析的改进算法。计算中假定隔震建筑上部结构在大震作用下依然保持弹性状态,塑性变形集中在隔震层处,隔震层的恢复力-位移本构关系采用Bouc-Wen模型来描述。上部结构只需要提取前若干阶振型参与动力计算,剩余的高阶振型对结构响应的贡献按照静力校正技术求得。研究表明,改进的计算方法在没有显著增加计算量的同时,通过近似考虑高阶振型的影响,有效地提高了计算的精度。     

高阶振型对大跨度钢桁拱桥地震反应的影响

为探讨高阶振型对大跨度钢桁拱桥地震反应的影响,以某1~490 m上承式钢桁拱桥为研究对象,采用MIDAS Civil软件建立全桥有限元模型,基于振型分解反应谱法基本原理,通过动力分析与静力分析相结合的方法,提出了高阶振型对大跨度钢桁拱桥地震反应的分离方法,在此基础上分析了主控振型对大跨度钢桁拱桥主拱圈纵向地震反应的影响规律。结果表明:同一振型对主桁下弦杆的同一位置不同内力分量的影响程度不同。同一振型对主桁下弦杆不同区域的同一内力分量的影响程度不同。从主桁下弦杆整体内力分布看,各阶振型对下弦杆的轴力、弯矩影响规律较为接近,但对剪力的影响明显不同。对于轴力和弯矩,在L/8区域~拱脚区域内,高阶振型的影响显著。对于剪力,在跨中区域~L/4区域,高阶振型的影响显著,且多阶振型共同作用效果明显。     

修改的MPA法用于连续刚构桥的抗震性能分析

弹塑性时程分析方法是计算桥梁结构地震响应较为严格的分析方法,但该方法工作量大,计算复杂,不利于工程师进行结构设计。采用基于模态的Pushover分析方法(MPA法),对某高墩连续刚构桥梁进行抗震性能分析,根据建筑结构设计规范,要求振型参与质量之和需达到90%。通过理论分析,提出以振型贡献率提取振型参与计算的加载模式,剔除振型贡献参与质量比低于1%的振型,对高墩大跨连续刚构桥进行了推覆分析。这样既避免了全部模态参与计算的繁琐,又考虑了高阶振型的影响,并与弹塑性时程响应结果进行了对比。计算结果表明,修改的MPA法(MMPA法)应用于高墩连续刚构桥的抗震性能分析是可行的。     

复振型叠加法截断误差及改进

根据复振型叠加理论,对具有非比例阻尼特性的线性体系,分析了复振型截断误差的来源,给出了误差公式。与比例阻尼体系的高阶实振型响应类似,通过反应比表达式可以看出随着输入频率与自振频率比的减小,高阶复振型的响应也趋于荷载的静态响应。基于此推导出了与传统修正方法形式一致的复振型静力修正方法和振型加速度方法,同时根据复振型退化为实振型的条件(实部与虚部成比例关系)建立了实、复振型修正方法的统一。用数值算例对修正方法进行了验证,结果表明:复振型修正方法能够很好地提高振型叠加的计算精度,特别是当结构主要固有频率大于输入卓越频率时修正效果更为显著;还发现附加阻尼较大时,导致部分高阶振型自振频率减小,在一定程度上会降低修正效果。     

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.     

基于反应谱方法的双曲冷却塔地震响应特征分析

为明确冷却塔结构的振型特征、不同振型在地震响应中贡献及地震内力环向分布特点,便于冷却塔结构设计,以某大型双曲冷却塔为例,在动力特性分析基础上采用反应谱方法进行地震响应计算,并与其它荷载作用下内力进行对比。研究表明,冷却塔振型可据其形状、方向分为环向与子午向谐波耦合振型、侧向弯曲振型、竖向伸缩振型及竖向扭转振型4类。第1类振型为冷却塔主振型;水平、竖向地震响应贡献分别来自第2、3类振型,第1、4类振型对地震作用均无贡献。侧弯振型的截面变形特征决定水平地震作用下塔筒内力在环向呈正弦或余弦分布。无论水平或竖向地震作用,塔筒中主要产生双向轴力,在下支柱主要产生轴力及弯矩,且水平地震作用产生的内力远大于竖向地震。较其它荷载作用效应,地震作用对塔筒的关键效应为塔筒中下区段内子午向拉力及塔筒顶端0.2HS范围内环向拉力,且地震效应对下支柱影响明显大于对塔筒影响。     

复杂多塔结构风致响应研究

基于刚性模型风洞测压试验的结果,对一个多塔结构进行风致响应研究,采用平稳激励下随机振动的模态叠加法(CQC法)进行计算.分析了结构的风致响应,计算结果表明:多塔结构各个塔顶之间的风致响应随风向具有类似的变化规律,最大总位移及加速度出现时风向基本相同;前两阶侧向弯曲振型和第三阶扭转振型对应的共振分量贡献了动力响应的主要能量.     

气动弹性效应对超高层建筑横风向动力干扰效应的影响

基于一系列方形截面超高层建筑气动弹性模型测振风洞试验和刚性模型高频天平测力风洞试验,分析了不同折减风速下外形相同的另一个邻近超高层建筑对目标建筑的横风向风致响应的干扰效应,探讨了气动弹性效应对不同折减风速下的干扰因子和一定风速范围内包络干扰因子的影响.结合典型工况下气动阻尼比和加速度响应均方根值随折减风速的变化曲线讨论...     

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。     

隔震结构动力特性及响应对计算模型参数的敏感性研究

双质点系计算模型是基础隔震结构简化计算理论研究中提出过的可以考虑高阶振型作用的一类实用模型。为了掌握基础隔震结构的动力特性及响应对这类简化计算模型参数的敏感性,该文利用“基础隔震结构的力学特点”和“每一质点所有振型参与向量和必须为一”的条件,研究了双质点系简化计算模型的动力特性及地震响应对于模型质量比、周期比的敏感性,...     

高墩梁桥考虑墩身高阶振动的水平向主导振型

规则中、低墩梁桥的水平向动力特性主要取决于对应方向的基本振型,因而可近似按单自由度体系对其进行抗震性能研究和抗震设计.而高墩梁桥由于墩身质量参与和高阶振型影响,其动力特性较为复杂,难以借用单自由度体系模型进行抗震分析和研究.为进一步了解高墩梁桥的动力特性和地震反应特点,将高墩梁桥简化成单墩-质点体系模型,考虑墩身质量参与和高阶振型,分别研究墩高、墩顶集中质量和梁-墩质量比等参数对体系水平向主导振型分布的影响,提出梁-墩质量比是决定单墩-质点体系水平向振型质量参与系数的主要因素,并通过曲线拟合给出了二者间的函数关系式;再利用反应谱方法计算体系在不同地震动输入下的墩底内力和墩顶位移,分离出前几阶水平向振型对体系地震反应的贡献率,依此给出因计算目标而异的选取单墩-质点体系水平向主导振型的合理判据.     

国家体育场屋盖结构风振响应的时域分析

以国家体育场大跨屋盖结构风振响应的计算分析为研究对象,提出了在时域内计算振型能量参与系数的方法,并采用振型能量累积参与系数选择主导振型;提出了利用主导振型响应的协方差计算结构节点的方差响应以及峰值因子的方法。计算结果表明,基于振型时程积分法的风振响应计算方法及响应统计分析方法既显著提高了计算效率又保证了计算结果的精度。     

上海环球金融中心结构模态测试

上海环球金融中心作为巨型柱、巨型斜撑、带状桁架以及核心筒构成的三维巨型框架-筒形式的钢与混凝土混合结构,系目前我国大陆最高的超高层建筑,结构材料和形式有大胆创新。结构模态系衡量结构分析结果可靠性的重要参数,通过合理选择传感器和数据采集器,克服了长周期、信号弱的困难,经现场测试得到了结构双向平动和扭转振动频率和振型。这些信息可以作为结构设计人员确认或改进设计阶段结构分析结果的依据,也可作为设计类似超高层建筑时估计地震和风荷载的参考。     

大跨度屋盖结构脉动风振响应的振型能量参与系数

采用振型叠加方法计算大跨度屋盖结构的脉动风振响应时,计算结果的精度取决于振型的选取。在总结总背景响应、振型背景响应、振型共振响应的基础上,提出了背景响应和共振响应的振型能量参与系数的计算方法。按照振型能量参与系数的降序排列振型,分别计算背景响应和共振响应的累积振型能量参与系数。背景响应位移计算值的精度可通过背景响应振型参与系数及其累积参与系数来控制。共振响应累积振型能量参与系数则反映了参与计算的振型的共振响应总能量与背景响应总能量之比。     

超高层建筑风荷载和效应控制的研究及应用进展

随着建筑高度的增加,结构的风荷载和风致效应更加显著,成为影响超高层建筑安全性、居住者舒适度、建筑结构造价的主要因素之一,所以对超高层建筑风荷载和效应的控制尤为重要。控制超高层建筑风荷载和效应常用的方法主要有空气动力学措施（简称气动措施）和安装辅助阻尼系统。本文总结了各种气动措施对超高层建筑横风向、顺风向、扭转方向荷载和效应控制以及局部风压控制的研究现状,简要介绍辅助阻尼系统控制高层建筑风致振动的研究现状,给出了气动措施和辅助阻尼系统措施在典型超高层建筑的风荷载和效应控制的实例,最后提出了今后相关研究中值得关注的问题。     

内激励作用下行星传动系统振动响应研究EI北大核心CSCD

基于齿轮系统动力学推导出行星齿轮传动系统的平移-扭转耦合非线性振动微分方程。采用特征值问题求解其固有频率及振型,并进行归类和描述。针对行星齿轮传动系统中内激励频率与转速成正比这一特性,提出一种利用正弦激振扫频模拟其内激励,并通过求解传动系统振动微分方程得到其响应的方法。与传统方法相比,该方法可将系统中复杂的激励分解为若干单一激励,从而量化评价各激励对系统振动响应的影响程度,使各激励与响应形成具体映射关系。研究发现内啮合激励对低阶(1~5阶)与高阶固有频率(16~18阶)影响较小,外啮合激励在低阶固有频率随阶数增加影响递增,并对太阳轮纯扭转振型影响较大,而在中阶固有频率(6~15阶)内外啮合均对行星轮纯扭转振型影响显著,为行星齿轮传动系统固有频率及振型的优化、降振减噪和减小故障发生率提供依据。     

广州西塔气动荷载特性及风致响应研究

摘 要：以432米高的广州西塔的刚性模型多点同步测压风洞试验为背景,研究该超高层建筑结构气动荷载的竖向相干特性,采用相干函数方法(CFM)计算并替代气动力谱矩阵的互谱密度进行风致响应计算。结果显示,当经验指数式相干函数的指数衰减因子取6~8时,顺风向响应与精确结果较吻合,但在横风向上差别则比较明显。文中进一步计算了结构参振模态数目对西塔风振响应计算结果的影响,结果表明：忽略高阶模态对结构顺风向的层间位移角响应的影响较大、最大可产生9%的误差,但对结构横风向响应影响则很小,这意味着西塔风振响应仍由基阶模态控制。文中针对超高层建筑横风向响应估算的可行方法进行了讨论和建议。     

内激励作用下行星传动系统振动响应研究

基于齿轮系统动力学推导出行星齿轮传动系统的平移-扭转耦合非线性振动微分方程。采用特征值问题求解其固有频率及振型,并进行归类和描述。针对行星齿轮传动系统中内激励频率与转速成正比这一特性,提出一种利用正弦激振扫频模拟其内激励,并通过求解传动系统振动微分方程得到其响应的方法。与传统方法相比,该方法可将系统中复杂的激励分解为若干单一激励,从而量化评价各激励对系统振动响应的影响程度,使各激励与响应形成具体映射关系。研究发现内啮合激励对低阶(1~5阶)与高阶固有频率(16~18阶)影响较小,外啮合激励在低阶固有频率随阶数增加影响递增,并对太阳轮纯扭转振型影响较大,而在中阶固有频率(6~15阶)内外啮合均对行星轮纯扭转振型影响显著,为行星齿轮传动系统固有频率及振型的优化、降振减噪和减小故障发生率提供依据。     

高层隔震结构减震机理探讨

从时域和频域两个角度分别研究了高层隔震结构的减震机理。采用ETABS软件建立了高层框剪隔震建筑模型和多层框架隔震建筑模型,输入单向地震波,后提取隔震层的加速度时程,将其视为地震动,输入原抗震结构中。文中对比了两者隔震前后的加速度反应谱,发现无论是高层隔震结构还是多层隔震结构都存在多振型减震的作用,但在高层结构中,高阶振型反应谱加速度的减少量相对于第一阶振型反应谱加速度的减少量要大很多,而在多层结构中,高阶振型的减少量与第一阶振型差不多,使得多振型减震在高层结构当中的效应要远大于多层结构;对比两者隔震前后基底最大剪力的减震率,发现对于高层隔震结构,叠加上高阶振型后,基底最大剪力的减震率有较大的提高,而对于多层隔震结构,减震率变化不大。从以上两个方面可以说明,多层隔震结构的高阶振型减震效应很小,且以第一振型减震为主,而高层隔震结构存在较大的高阶振型减震的效应,从而产生了其多振型减震的效应