地震激励邻接高层建筑的随机最优控制

采用控制设备联接相邻的高层建筑以降低其地震响应是一个切实有效的方法。基于随机动态规划原理与随机平均法,提出耦合相邻高层建筑的随机最优控制方法。先建立任意层数并在任意层高处控制联接的耦合结构的缩聚模型,再运用随机平均法导出关于模态能量的oIt随机微分方程,应用随机动态规划原理建立动态规划方程,由此可确定最优控制律。将结构的响应控制化为模态能量控制,缩减控制系统的维数。用高斯随机过程模拟地震激励,可计及其功率谱特性。数值结果表明该耦合结构随机最优控制方法的有效性。     

基于响应面法的巨-子结构控制体系可靠性灵敏度分析

建立巨-子结构控制体系动力微分方程,利用复模态理论推导结构体系的传递函数。用响应面法获取极限状态函数,并基于随机振动首次超越破坏准则,分析结构体系动力可靠度计算方法;考虑地震随机激励,结构处于弹性状态时分析其随机参数对巨-子结构控制体系层间位移角的可靠性灵敏度。结果表明,基于层间位移角的可靠度对子结构刚度均值灵敏度较差,对主结构刚度及隔震层阻尼比均值灵敏度较强。     

基于能量的结构风振控制设计方法研究

建立了结构任意高度单位风能量计算公式、各楼层总输入风能量计算公式、结构总输入风能量计算公式。在主体结构弹性状态下,给出了粘滞和粘弹性阻尼器的能量耗散公式及结构总能量输出公式,提出了基于能量的结构风振控制的设计流程。以某高层建筑结构为例,验证了所提基于能量的结构风振控制方法可有效实现结构风振控制设计,达到有效抑制结构风振反应的目的。     

超大型冷却塔随机风振响应分析

冷却塔在随机风荷载激励作用下,动力响应具有小变形、弱非线性特点,固有频率在低频段密集分布,模态之间耦合效应较为明显.基于冷却塔刚体模型表面同步测压风洞试验结果,以非定常气动力作为输入荷载,考虑冷却塔多模态之间耦合效应,利用虚拟激励法和振型迭加法进行结构随机风振响应分析.定量地比较了结构风振响应中背景分量和共振分量的贡献,研究了参振模态数目、力谱交叉项和结构阻尼比等参数的作用效果,并与冷却塔气弹模型测振风洞试验结果进行了比较.     

挠性结构系统的变量与模态耦合测度

本文研究了具有非对称性质的线性二阶矩阵系统Mq+Cq+Kq=f的耦合测度问题.利用复模态分析理论,导出系统状态变量、控制变量和观测变量与模态的耦合测度矩阵,以定量地描述系统的耦合特性,同时讨论了它们在挠性结构系统模态控制中的应用.最后给出一个实际算例.     

高层建筑TMD风振控制分析的复模态法

本文对带TMD的高层建筑风振响应问题进行了系统研究。首先建立了运动方程，然后用第一振型将主体结构展开，针对所得方程为非经典阻尼和非对称结构以及脉动风谱为非有理分式风谱的情况，用线性滤波过程生成脉动风谱，用复模态理论和扩阶法进行解耦，获得了等效风谱对应的以第一振型表示的结构风振响应的解析解。本文方法可用于带TMD结构的风振与抗风可靠度分析以及基于可靠度约束的抗风优化设计。     

利用耦合系统自由振动响应识别结构被控模态和TMD参数

准确从安装TMD后的结构-TMD耦合系统中识别结构被控模态和TMD参数是TMD现场调试的必需条件。针对TMD现场调试中参数识别问题,提出了一种通过结构-TMD耦合系统自由振动试验识别结构被控模态的模态质量、频率和阻尼比以及TMD频率和阻尼比的方法。该方法首先采用随机子空间算法评估耦合系统的离散状态空间模型,然后将其减缩和转化为结构被控模态和TMD耦合的两自由系统连续状态空间模型;最后,利用连续状态矩阵,识别结构被控模态的模态质量、频率和阻尼比以及TMD频率和阻尼比。数值分析研究结果表明:1)该方法抗噪能力强;2)TMD与原结构各模态耦合越强,质量比识别结果误差越大,其他参数识别结果均满足工程要求。通过单层框架结构试验研究,验证了该方法的可行性。     

风与地震载荷作用下集装箱小车低架桥结构耦合振动分析

外部环境激励下的车桥耦合振动严重影响着自动化码头集装箱小车-低架桥结构的安全和使用效率。针对该问题, 基于一元多维平稳随机过程数值模拟法实现轨道不平顺、风速场的时程模拟, 利用双协调自由界面模态综合法求解了车桥结构在轨道不平顺、轮对蛇行运动以及风、地震载荷激励下的耦合振动时域响应, 分析了风、地震载荷等对车桥耦合振动响应的影响, 并设计结构模型试验验证自激激励仿真结果。结果表明:1) 自由界面模态综合求解车桥耦合振动响应的仿真方法合理;2) 车桥竖向振动主要由小车移动加载引起, 自激激励是主因;风、地震载荷会大大增强横向振动, 车桥耦合振动响应随着小车速度、脉动风平均风速的增大而增大, 且对地震载荷的敏感程度大于工作状态风载荷;3) 小车复线运行时车桥耦合振动响应最大值大于小车单线运行时, 铅芯橡胶支座可有效减小车桥加速度响应。     

基于实模态的非比例阻尼体系复模态叠加法

为提高非比例阻尼体系强迫振动时复模态叠加法的计算效率,基于模态摄动法基本原理,提出一种利用无阻尼体系实模态的复模态叠加法.该方法由模态摄动法将非比例阻尼体系的复模态表示为实模态线性组合,在此基础上,建立了强迫振动复模态叠加法的实模态的线性组合解.以一个带附加阻尼的强非比例阻尼三层框架结构为例进行地震反应分析,计算结果表...     

基于社会力模型的人群-桥梁竖向动力耦合效应研究

针对越来越多的轻质柔性人行桥在随机人群荷载作用下的结构振动问题,为了能够获得更为真实、精细的振动响应,建立考虑人群-结构相互作用的随机人群荷载模型尤为重要。首先利用移动弹簧-质量-阻尼模型模拟单人的动力学行为,并基于社会力模型,建立人群的随机运动模型,进而建立考虑人群-结构耦合振动的随机人群荷载模型。根据任意时刻人行桥和随机人群动力平衡,建立随机人群-人行桥耦合振动的控制方程。利用状态空间法求解人行桥动力参数随随机人群运动的变化情况,利用振型分解法求解耦合振动控制方程,探讨考虑人群-结构耦合振动的随机人群荷载对人行桥模态以及振动响应的影响。分析结果表明耦合系统模态变化量随着人数增加而增加。行人随机性与人群-结构相互作用对轻质结构的竖向动力响应影响很大,故在计算轻质结构振动响应时不可忽略。相比于加速度峰值,均方根加速度能够弱化随机波动的干扰作用,因此也采用了1-s均方根加速度更合理地衡量了结构的振动响应。     

高层建筑和风作用的耦合响应分析

本文研究了高层建筑结构和风作用的耦合振动响应,得到一个具有气体粘性的惯性力项和高阶的风速波动项的非线性微分方程组,应用简易的Park差分法求解,分析了影响结构风振响应的主要因素。获得了具有较好参考价值的风振响应分析资料。     

防晃水箱控制高层建筑风振响应研究

防晃水箱作为一种新型调谐流体阻尼器,是在一般水箱内安置环形防晃板,在高层建筑顶部设置这种水箱可以增加阻尼,减小建筑物的振动响应。本文应用数值模拟技术对高层建筑物的顺风向和横风向风载进行了时程模拟,考虑了水箱和结构间的动力耦合作用,分析了水箱对高层建筑物风响应的控制作用,为强风下研究高层建筑物的舒适性和安全性提供了一个有效的分析过程,也为合理设计防晃水箱提供了理论依据。     

高层建筑MTMD风振控制的参数优化

对高层建筑MTMD(多调质阻尼器)风振控制的参数优化进行了研究。在保证模态参数基本不变的前提下，将高层建筑的三维有限元模型简化为一维多层剪切模型。推导了在高层建筑任意一层或多层上安装TMD后，其频域空间传递函数的显示表达，获得了高层建筑在风载荷作用下的随机响应．并采用遗传算法对MTMD进行参数优化。最后．给出了对香港某高层建筑进行MTMD参数优化的算例。     

高层建筑风振控制基于规范的实用设计方法

在建立了设置被动减振装置的高层建筑风振控制效果结构等效阻尼比计算公式的基础上,依据《建筑结构荷载规范》和高层建筑结构设计规程提出了设置被动减振装置高层建筑风振控制基于规范的实用设计方法。应用本文方法对设置矩形ＴＬＤ的上海中环广场超高层建筑的计算结果表明：本文方法具有简单、直观,且可与常规的结构抗风设计结果进行直接比较的特点,是风振控制规范化的一种设计方法,完全可为广大结构工程师所接受。     

弹性地基上高层建筑结构对确定性动力作用的稳态反应

本文通过对稳态反应随时间变化规律的分析和预测,将半无限大弹性地基上高层建 筑结构对多维确定性动力作用的稳态反应问题转化成了常微分方程组的边值问题。通过对某 一高层筒中筒结构的分析计算,得出了相当合理的结论：那就是当激励荷载的频率与结构系 统的自振频率很接近时,结构的反应会出现非常大的突变。     

适用于城市高层建筑群的震害预测模型研究

高层建筑是城市建筑的重要组成部分,现有建筑震害预测模型难以满足城市区域高层建筑群震害分析的要求。该文提出了一套非线性多自由度弯剪耦合模型（NMFS）以及其参数标定方法。该模型:1）能模拟高层建筑显著的弯剪耦合变形行为。与传统的剪切层模型对比,该模型能准确的模拟高层建筑的层间位移角包络,其结果与精细有限元模型的结果非常接近;2）具有非常高的计算效率。与精细有限元模型对比,该模型的计算加速比超过60000倍;3）参数标定简单。仅需要借助于少量的建筑属性信息（结构高度、建设年代、设计信息和结构类型）就能生成整个模型的弹塑性参数;4）能输出各层时程响应以及层间位移角情况,使未来基于工程需求参数（EDP）的区域高层建筑经济损失预测成为了可能。论文针对一栋典型高层结构详细展示了模型的建立与标定流程,并对标定参数的准确性进行了校验。最后对北京CBD地区高层建筑群进行了震害模拟,验证了该方法在城市区域中应用的可行性。该文的成果期望为未来区域高层建筑的地震损失预测提供参考。     

基于风振性能的高层建筑抗风设计优化

提出了一个基于风振性能的结构优化设计方法来解决高层建筑在各种风灾条件下的风致性能设计问题。借签抗震性能设计方法,划分了高层建筑的三水准抗风设防标准。各水准下的风灾烈度及其概率要素可以通过对气象部门的极端风速记录开展统计极值分析来进行。基于高层建筑风致动力响应的频域内风振模态分析,给出了各种风致加速度指标的实用表达式。通过数学建模对风致性能的结构优化设计问题作出了精确描述,用结构构件尺寸等设计变量显式的表达出各种风振性能设计指标。发展了基于优化准则法的数值算法来求解高层建筑在多种风致性能设计约束条件下的结构最优设计。最后,通过一个40层住宅楼的工程实例验证了文中提出的多级抗风性能自动化结构设计方法的有效性和实用性。     

基于改进Ritz法的耗能减震高层建筑结构地震响应分析

用改进Ritz法计算耗能减震高层建筑结构的地震响应。改进Ritz法采用基于外荷载空间分布的Ritz向量和基于外荷载频率的Ritz向量。其中,基于外荷载空间分布的Ritz向量用Lanczos法形成。基于外荷载频率的Ritz向量则用外荷载主频的平方进行特征值平移后再用Lanczos法形成。文中还给出上述两种Ritz向量的截断标准。之后用改进Ritz法的Ritz向量对结构动力方程进行线性变换。由于耗能减震高层建筑结构的阻尼是非比例阻尼,广义阻尼矩阵是非对角矩阵,所以文中采用拟力实模态法对线性变换后的耦联动力方程进行求解。最后的算例说明该方法用于耗能减震高层建筑结构的地震响应分析是有效可行的。     

风与结构的耦合作用及风振响应分析

在目前的风振响应计算中,往往不考虑风与结构的耦合作用。但对于超高层建筑、高耸塔桅结构,由于基频较低,风与结构的耦合作用不可忽略。本文基于准定常假定推论出风与结构的耦合作用实质上就是气动阻尼效应,因此只要在阻尼常数中引入气动阻尼,就可建立考虑风与结构耦合作用的风振响应模态分析方法。文中采用拟单自由度法,确定了风与结构耦合作用所产生的气动阻尼。并对一工程实例进行了风振响应计算,比较了采用Davenport谱和Kaimal谱对计算结果的差异性,与风洞试验结果相对比表明,采用Kaimal谱并考虑风与结构的耦合作用所得计算结果能与风洞试验结果吻合较好。     

超高层建筑束筒结构受确定性动力作用的半解析分析

将超高层建筑束筒结构与其基础等效连续化为一个支撑在半无限大弹性地基上具有三维连续分布刚度和质量特性的加劲薄壁筒组合体,并以此模型,对其在多维简谐动力作用下的稳态反应进行了半解析分析,并计算出了共振响应,那就是当激励荷载的频率与结构系统的自振频率很接近时,结构的动力响应会出现非常大的突变。计算结果表明:模型的简化是合理的、可行的,从而为超高层建筑束筒结构的整体动力分析提供了一种可行的方法,并给出了几点对此类结构的抗震设计有指导意义的结论。