玻璃对单层索网动力响应的影响

为保证玻璃与与索网的协同变形,建立包含玻璃面板、索网、爪件、密封胶的有限元模型,真实反映了单层索网幕墙的传力途径;根据有限元模型,研究玻璃面板对单层索网静力性能和动力特性的影响;在此基础上,考虑索网幕墙周围建筑建立数值风洞,建立流固耦合模型,研究索网玻璃幕墙振动特性;以索网在平均风荷载作用下到达的新平衡位置为基准,采用频域方法计算单层索网风致动力响应。对比分析结果表明:风荷载作用下,索网幕墙主要做受迫振动,振动为窄带过程;玻璃面板有效降低了索网的平均位移和脉动响应。     

玻璃幕墙中主体结构对单层索网结构风振响应的影响研究

点支式玻璃幕墙单层平面索网结构是一种较典型的风敏感结构,目前对在风荷载作用下,索网结构与主体结构的相互作用问题的研究甚少.采用随机模拟时程分析方法,通过改变主体结构特性、索网结构特性及两者的相对位置关系等多种方式,研究索网结构和主体结构共同工作时的风振响应特性,并与索网单独受力时的风振响应进行对比.分析结果表明,索网和主体结构的风振响应特性存在显著差异,在常见的工程应用参数范围内,主体结构对索网自身的风振响应影响程度较小,因此,对索网结构进行风振响应分析时可以不考虑主体结构的影响.     

点式幕墙单层索网谐波地震响应的几何非线性研究

摘 要：预应力平面单层索网是几何非线性较强的柔性张拉结构,由索中预拉力及几何非线性提供平面外刚度,在静力平衡位置预应力刚度较小,荷载作用下结构发生较大变形,因而产生了较大的几何刚度。针对几何非线性对此结构受力特性影响的重要性,对结构几何非线性作了定量分析,提出了几何非线性因子的概念;采用几何非线性时程分析方法,探讨了影响不同几何非线性的单层索网的谐波地震响应。分析结果表明,索网长宽比及索预应力对几何非线性影响较大;单层索网动力响应存在峰值共振偏移现象;并指出峰值共振频率不同于结构的线性自振频率和非线性自振频率。     

风震联合作用下高层建筑主体结构和玻璃幕墙的性能研究

为研究风、地震单独及联合作用下,主体结构和玻璃幕墙的性能变化和相互影响,基于高烈度区98 m高框筒结构,依据规范要求增设玻璃幕墙形成总体有限元分析模型,选取3组三向地震动记录,并通过比例为1∶440的缩尺模型风洞试验获得不同重现期的风压时程数据,采用动力弹塑性分析方法,研究风、地震单独与联合作用下主体结构和玻璃幕墙的受力变化。结果表明:主体结构对玻璃幕墙的受力影响大于玻璃幕墙对主体结构的,在风、地震单独及联合作用下,主体结构的层间变形大于玻璃幕墙自身变形。在设防大震和超烈度大震作用下,主体结构的响应和玻璃幕墙的损毁范围随荷载增大而增大,结构变形增长大于结构基底剪力;玻璃幕墙在风荷载作用下未坏,主体结构完好,结构基底剪力、顶部楼层位移和楼层层间位移角呈线性增长;与单独大震作用相比,在1.1倍100年重现期风压和大震联合作用时,结构出现扭转现象,楼层层间位移角之比由1.0增至1.3,主体结构和玻璃幕墙的非线性响应大于风震单独作用的叠加,其中结构顶点位移和最大层间位移角为单独作用时求和值的121%、106%。在大震及风震联合作用下,玻璃幕墙容易发生破坏的位置为平行地震作用主向的侧面。     

单层平面索网结构非线性频率简化计算方法研究

单层平面索网玻璃幕墙结构是广泛应用于大型公共建筑中的一种新型结构形式,由于其挠度较大,结构具有较高的几何非线性,其动力特点不同于传统的线性结构。采用连续化薄膜理论建立了单索幕墙的非线性振动方程,并采用谐波平衡法求解了结构非线性频率的解析表达式,为校核解析公式的正确性,将其计算结果同精确的有限元非线性时程方法的计算结果进行了比较,吻合很好,该解析公式具有相当高的精度。同时指出结构位移为3/2结构振幅位置处的刚度即为单索幕墙结构的等效线性刚度,采用该等效线性刚度即可得到上述非线性频率的解析表达式。此外得到的结构非线性振动方程和非线性频率为结构在动力荷载下响应的求解提供了基础。     

双向荷载下单层平面索网结构静力解析方法:控制方程组与对数解

单层平面索网玻璃幕墙结构主要承受面内均布恒载和法向风荷载。本系列研究将恒载和风载均等效为均布静载,以形成考虑幕墙恒载影响的单层平面索网结构的解析方法。该文基于连续化理论和在两个方向综合应用两种不同单索理论的思路,首次建立了考虑面内竖向恒载影响的单层平面索网结构静力平衡方程和适用于该类结构的变形协调方程;并阐述了竖向恒载影响挠曲变形的规律,建立系统科学的基本解析理论。根据单根横索和竖索的变形特性构造了含待定系数的挠曲面假定函数,并应用迦辽金法确定这些待定系数,给出了轮流迭代修正的求解方法。算例证明:该文解析方法得到的结果与有限元法吻合较好,最大挠度及位置的精度尤为突出,具有较强的工程应用价值。     

采用定长索设计的索网玻璃幕墙结构索长误差控制理论

单层索网结构体系目前已广泛应用于大尺度玻璃幕墙工程中。而将定长索设计的方法应用于其设计施工中,具有明显优势。在使用定长索设计时,索网玻璃幕墙中整索长度的准确性与节点连接的标定准确性都会影响张拉成形后各索的拉力及节点位形的精确度,进一步影响玻璃幕墙的位形及受力性能。该文首先分别讨论这两种索长误差影响的区别和联系,说明这两者均可转化为索段的索长误差以进行进一步研究。在此基础上,将两种索长误差结合,研究索段初始索长误差的敏感性。之后,应用概率论的相关理论,写出索段索长误差用整索索长误差和节点连接偏差表示的数学关系式,并给出不同施工方法下的不同表达关系。最后,综合应用可靠度理论及线性规划方法,提出整索长度误差和节点连接标定偏差的控制限值。研究成果给采用定长索设计的单层索网幕墙结构的索长误差控制提供指导。     

多点输入下大跨空间索结构的虚拟激励法

采用虚拟激励法分析大跨空间索结构的随机地震响应，从结构节点位移响应方差和加速度功率谱两个方面考查了一致输入与非一致输入下结构响应的差异，得出了一些重要结论。同时，计算还表明虚拟激励法是一种高效且精确的方法，对于分析振型密集的大跨空间索结构在多点输入下的地震响应是很适合的。     

支座激励下附加弹簧保护装置悬索的非线性动力分析

索网幕墙常支承于两相邻结构,动力作用将激起相邻结构产生相对变形,其作为支座激励将引起索网产生约束次内力,进而导致索网幕墙失效。在索端附加弹簧保护装置,利用弹簧装置吸收支座相对变形,可以有效减小支座运动对索网幕墙的影响。建立支座激励下附加弹簧保护装置悬索振动的动力模型,引入边界条件,求解微分方程得到频率的特征方程和振型方程,并利用多尺度法求得简谐支座激励下主共振响应的近似解和幅频响应方程。分析了附加弹簧与悬索刚度比对不同垂度悬索前三阶频率、振型和幅频响应的影响规律。该模型可有助于合理选择附加弹簧与悬索刚度比,研究表明附加弹簧保护装置可同时降低悬索最大变形和最大索力响应,从而为相邻结构间索网幕墙的减震设计提供一定参考。     

某大型博物馆结构风致响应分析

基于刚性模型风洞试验,对一个具有索网幕墙的新型杂交结构--某大型博物馆结构进行风致响应计算.在计算平均风响应时考虑结构几何非线性的影响;分析脉动风响应时将结构近似作为线性结构处理,采用平稳激励下随机振动的模态叠加法（CQC法）进行计算.计算结果表明,当关键点出现极大值响应时,平均风响应对峰值响应的贡献较大,而且动力响应中共振响应一般大于背景响应.此外,对于关键点竖向位移及结构支座竖向反力,主要是壳体悬挑部分的风荷载起作用;而索网面位移主要由索网面上的风荷载控制,悬挑部分的风压对其影响很小.     

支座激励下端部带水平减震装置悬索的动力分析

近年来工程中常将索网幕墙直接支承在两相邻结构上,在地震作用下两相邻结构的相对位移将引起索网幕墙破坏,造成安全隐患。针对相邻结构间单向索采光顶,提出在悬索端部附加水平减震装置来减小悬索的地震响应。水平减震装置包括弹簧和阻尼装置,弹簧装置可以减少悬索的地震输入,而阻尼装置可为结构提供附加阻尼;建立了端部带减震装置悬索的动力模型,推导了频率及模态阻尼比的计算公式,分析结构的阻尼特性,对支座激励下端部带减震装置悬索进行动力试验,检验了减震效果。结果表明：悬索动力特征系数αb²、刚度系数γ_k及阻尼系数ν是控制结构振动特性的3个无量纲关键参数,为了给悬索提供足够的附加阻尼,建议在工程上ν取值0～150,γ_k取值0～1;经减震装置参数的合理设置,悬索的动索力和动位移可减小30%以上。αb²较小或支座激励远离悬索自振频率时可仅在索端部设置弹簧减震装置,αb²较大且支座激励接近悬索自振频率时需设置弹簧阻尼减震装置。     

单层平面索网幕墙结构的风振响应特性分析

建筑幕墙单层平面索网结构属于风敏感结构,目前对该类结构风振响应的相关研究很少,有必要深入开展其抗风性能的研究。以索网在平均风荷载作用下到达的新平衡位置为基准,采用频域法对其风振响应特性进行研究,主要分析了组合振型的选择、模态间的耦合效应等问题对索网结构风振响应的影响。分析结果表明,对单层索网结构进行风振响应分析宜考虑模态间的耦合效应;索网的第一阶模态在所有模态中占较大比重;对索网结构起主要贡献的振型集中分布在低阶模态区域内;采用部分低阶振型组合计算索网的响应与时域结果吻合较好,能满足工程精度要求。     

单层平面索网结构风振响应的几何非线性特性研究

单层索网体系具有刚度小，质量轻，阻尼小等特点，对风荷载较为敏感，目前对该结构体系风振响应分析的相关研究很少，我国现行幕墙规范相关设计方法也不完善，深入研究索网结构的抗风性能显得尤为迫切。本文以线性自回归模型模拟脉动风速，采用随机模型时程分析方法计算索网的风振响应，探讨考虑不同脉动风速空间相干函数对分析结构风振响应的影响，着重研究在3种索网分析模式下的动力时程响应特征，以及在静力荷载作用下索网的非线性程度，分析结果表明：采用与风频率相关的空间相干函数进行索网的响应分析更合理；索网在平均风荷载作用下达到平衡位置后，在脉动风荷载作用下的非线性程度较弱，可以近似作为线性结构处理，因此可以平均风荷载作用下的平衡位置作为基准，采用频域方法分析单层平面索网的风振响应，这为下一步系统地研究点支式幕墙单层平面索网结构的抗风设计方法奠定基础。     

考虑玻璃刚度的高层幕墙地震响应数值分析

玻璃幕墙设计一般认为幕墙结构的力学性能主要由支承结构决定,常常忽略玻璃刚度对于幕墙的影响,或者将玻璃等效为质量施加于幕墙支承结构.然而对于超高层悬挂式幕墙结构,当承受较大风载和地震作用时,幕墙支承结构将产生较大变形,此时玻璃刚度将一定程度影响幕墙整体刚度.针对这一问题,依托上海某在建超高层大厦幕墙,研究了考虑玻璃刚度的大厦幕墙地震响应.并将此与未考虑玻璃刚度的地震响应进行对比分析,结果表明玻璃刚度增大了幕墒整体刚度,从而一定程度上减少了幕墙变形以及幕墙杆件的应力,但对大厦主体结构影响较少.本文最终的计算结果可作为该工程幕墙抗震设计参考依据.     

基于磁流变阻尼器的半刚性悬挂结构体系避震机理及地震响应分析

提出一种新型建筑结构体系——半刚性悬挂结构体系,并在该体系中合理设置磁流变阻尼器。阐述了该体系的基本组成和计算模型,推导了其运动方程和动力响应函数。通过时域内输入El Centro波、Taft波以及天津波,验证了该体系具有良好的减振避震性能。根据随机振动理论,推导了体系的随机振动响应表达式;以主体核筒顶点位移和半刚性层的层间位移为目标函数,对体系中影响结构动力响应的磁流变阻尼器输入电压进行参数分析。计算结果表明:该体系能够有效减小地震响应,半刚性层层间位移较大,主体结构顶点位移和悬挂楼层层间位移较小;对于该文给定的算例,输入电压存在最优值,最优值约为16V;当磁流变阻尼器输入电压为最优值时,主体结构动力响应和半刚性层层间位移均可得到很好的控制,结构达到最佳避震效果。     

高层建筑顶部幕墙结构的风振控制研究

考虑主体结构与顶部幕墙结构的相互作用,采用主体结构层模型-顶部幕墙结构杆系模型分析结构的风效应和顶部幕墙的风振鞭梢效应,应用增设内置式粘弹性阻尼器支撑的控制方法来减小顶部幕墙的风振响应.通过对一栋42层的高层建筑的计算分析表明:采用内置式粘弹性阻尼器支撑后,大大地降低顶部幕墙结构的风振位移,为防止顶部玻璃幕墙的掉落增加可靠性.     

椭圆鞍形单层正交索网结构解析计算方法与形态优化

常见的单层正交索网结构由马鞍面和椭圆柱面相切而成，该类型结构在国内外的大型场馆、公共建筑中得到广泛应用。该文提出一种连续化解析计算方法，以求解椭圆鞍形单层正交索网结构的变形、内力和最优形态，求解过程中仅需解一元方程。计算方法利用平衡方程、变形协调方程，以竖向位移为未知量，推导了正交单层索网连续化计算公式，采用伽辽金法求得近似解。在此基础上，以外环梁平面内弯矩最小为优化目标，以中央承重索垂度为优化变量，以索力、竖向位移和矢跨比为约束条件，利用外环梁弯矩计算公式，通过求解方程得到结构的最优形态并给出优化流程。最后对一个简单算例分别采用有限元法与解析法计算，验证了解析法所得位移、索力、外环弯矩和形态优化结果的准确性。在结构初步设计阶段，利用该解析计算方法，可快速得到荷载态下结构的位移、受力情况和最优形态，避免了有限元法编程、反复试算的繁杂过程。     

考虑轴向荷载影响的预应力单索静力解析方法

单向或双向单层平面索网幕墙结构体系中竖索受力和变形较复杂,对其解析分析有重要意义,但缺乏深入研究。该文将其等效为双向均布荷载作用下的预应力竖索,以形成一种解析求解方法。针对其施工和结构特征,首次提出3阶段分析方案,并对主要的后2个阶段,分别建立考虑轴向荷载影响的平衡方程和变形协调方程。通过求解平衡方程得到竖索竖向位移方...     

多维多点输入下大跨度连体高层结构地震反应振动台阵试验研究

利用振动台阵在多维多点激励下对大跨度连体高层结构的地震响应进行了试验研究. 试验中分别对结构输入了单维及多维、一致及不同视波速的行波激励以考察多维地震分量以及行波效应对结构地震响应的影响程度. 试验结果表明：多维地震分量将增大结构地震响应;行波效应可能使连接部位关键杆件的应力有明显增大;同时考虑多维多点时结构沿强轴向加速度响应有所减小, 而沿弱轴向加速度响应明显增大;连廊结构在考虑多维多点地震输入时其竖向地震响应将有明显放大. 因此在对此类结构进行抗震设计时应考虑多维多点地震激励的 影响.     

湍流风场与地震激励联合作用下的风力机结构动力学响应

湍流风场与地震激励是影响风力机安全最主要的客观因素。为分析风力机在湍流风场及地震激励工况下结构动力学响应,以NREL实测数据为湍流风场数据源,结合相干湍流及地震激励,分别研究了多组工况下风轮、塔架和地基的动力学响应。结果表明:湍流风场对叶片载荷、叶尖位移和塔尖载荷影响较大,而地震激励影响可忽略不计;地震激励对地基载荷、地基位移和塔尖位移影响较大,而湍流风场影响可忽略不计;湍流风场与地震激励对塔基载荷均有一定影响,但后者影响更大,二者对风轮推力和功率影响均较大,且处于相同量级;相干湍流与地震激励对塔基载荷和塔尖位移影响相当,可达稳态风的2倍~15倍。