台风下香港K11大楼风振响应实测及分析

对香港K11大楼开展台风下风振响应实测研究,给出2008年台风北冕(Kammuri)作用下该楼的风振响应实测数据.基于三阶和四阶统计量对其风振加速度的时程数据进行统计分析,评价该大楼的风振舒适度.利用谱分析识别结构的自振频率,与该楼的有限元计算及自振频率经验公式结果进行对比.并通过基于零穿越率的峰值因子法和基于经典极值理论的改进Gumbel法对加速度响应的峰值因子进行计算,结果表明,两种方法所得结果基本一致,而GB50009-2001取值偏低.     

双曲冷却塔的脉动风荷载模拟和风致响应

采用线性滤波法中的自回归模型(AR)法对冷却塔表面空间相关的多点脉动风压时程进行模拟,分析脉动风压在时域和频域上的分布特征,发现准定常假设不够准确.同时采用有限元方法对冷却塔的自振频率分布和模态特征进行讨论,发现冷却塔的自振频率较为密集,前40阶自振频率为1.0～2.2Hz.通过冷却塔在脉动风压作用下的瞬态响应分析,得到冷却塔各响应的时域和频域特征,描述响应中的背景分量和共振分量的分布特点,并探讨AR法中采样间隔的合理取值.通过对有限元瞬态分析的结果分析指出,风致位移响应在塔身颈部附近达到最大,Mises应力响应则在塔底附近达到最大值.     

大型冷却塔自振频率估算方法及拟合优度分析

自振频率是评估结构动态变形和受力性能的关键因素,现有冷却塔结构自振频率主要基于有限元分析手段,缺乏简单有效的冷却塔自振频率估算公式.为解决该问题,以国内某179 m高的大型冷却塔为基准塔,首先通过改变结构典型参数获得基准塔的38个模型并进行动力特性分析,同时提炼出基频频率随结构参数的变化规律;然后采用拉丁超立方抽样法进行结构自振频率参数的敏感性分析,获取了不同阶数下各参数的敏感因子.在此基础上,创新性地拟合提出考虑敏感因子权重值的多参数的基频实用估算公式.最后,选择国内8座典型塔高和塔型的冷却塔进行现场测试,采用不同模态识别方法获得冷却塔前10阶自振频率,进行了实测冷却塔结构参数的拟合优度分析.研究表明:自振频率对冷却塔高度最为敏感,其敏感因子显著大于其它参数的敏感因子;实测塔计算结果验证了基频实用估算公式的有效性,基频拟合优度最大值为0.996,其中各目标塔拟合优度的均值和均方差分别为0.948和0.047.误差分析表明本文提出的自振频率估算公式精度高、稳定性好.     

某石化公司聚合物框架振动实测与计算

某石化公司的多区循环反应装置框架在投产后上部结构受到明显振动.为保证结构与设备的安全性和正常使用,对结构的自振特性和振动响应进行了现场实测,实测加速度极值达277 mm/s2.采用逆向工程的方法构造出结构的振动激励源,将激励施加到结构上进行时程计算,所得振动响应与实测结果基本吻合.采用在上部适当位置增设交叉斜撑的方法,可提高结构的自振频率以避开激励频率带,减小结构的振动响应.经计算,南北向加速度幅值可减少76％,东西向加速度幅值减少28％,减振效果明显.     

广州西塔风效应的风洞试验与现场实测研究

以广州第一高楼珠江新城西塔为案例,进行了刚性模型多点同步测压风洞试验获取风荷载分布,结合有限元模型进行结构的风振响应分析;另一方面,现场实测了2009年9月15日台风巨爵过程中风场及结构顶部风致加速度响应变化历程。对两种方法所获得的风振响应结果进行了对比分析。结果表明,两种方法得到的西塔顶部加速度响应均小于国家有关技术规程所规定的限值,即将建设的东塔对西塔存在明显的风干扰效应,在部分风向角下有干扰工况比无干扰工况的结果大100%;风洞试验结果和现场实测结果的对比表明,二者在x方向的结果基本接近,在y方向的结果相差约28%,由于实测数据选择的是同等风速条件下的响应最大值,因此可以认为按照风洞试验结果估算结构加速度响应是安全的,从而验证了风洞试验和理论分析结果的可靠性。     

尤溪水东大桥动力特性分析

福建省尤溪县水东大桥水东村侧主桥为四跨预应力混凝土V形墩连续刚构桥,为检测桥梁结构的动力性能,进行了脉动试验和跑车试验,得到了桥梁结构的前几阶自振频率、阻尼比、振型特点,以及在不同跑车工况下的冲击系数和竖向加速度响应幅值.同时采用有限元软件Midas Civil建立了有限元模型,将有限元动力分析结果与动载试验结果进行了比较,对桥梁的工作状况和受力性能作出评判:该桥实际刚度较大,竖向一阶频率与同类结构相近,结构易发生顺桥向侧移;行车较舒适,结构偏安全.     

钢桁架人行天桥的振动实测分析与舒适度评价

对连接2栋建筑净跨度达45 m的某曲线型钢桁架人行天桥展开现场人行振动加速度响应实测,得到了在各种行走和跳跃工况下人行天桥加速度响应的现场实测数据.基于希尔伯特-黄变换,对人行天桥结构的动力特性,包括自振频率和结构阻尼,进行了有效识别.利用有限元软件建立了该人行天桥结构有限元模型,分析天桥结构在行人荷载激励条件下的动力响应.对实测数据和数值分析结果进行比对,数值分析结果基本符合现场实测数据.最后,结合国内外规范对该天桥的人行舒适度进行了合理评价.     

385 m超大型长江大跨越输电塔线体系抗震性能分析

以在建的385 m超大型长江大跨越工程为例,基于SAP2000建立了单塔和塔线体系的有限元模型,通过模态分析、静力弹性分析、静力弹塑性分析、动力时程分析分别研究了单塔和塔线耦合体系的抗震性能.研究结果表明：塔线体系跨越塔自振频率小于单塔;跨越塔主材混凝土的灌注高度对结构自振频率、应力比及杆件最不利位置都有影响;地震作用下斜材应力比较大且较早出现塑性铰,是抗震设计中的薄弱位置;一致激励地震作用下,塔线体系位移普遍大于单塔,加速度响应则小于单塔结构,轴力最大增幅在11%左右;非一致激励地震作用下,不同视波速对结构响应有较大影响,应以予考虑.     

基于ITD法的结构模态参数识别

本文运用ITD(Ibrahim Time Domain)法来识别振动台模型试验的模态参数.在基于结构动力响应的分析中识别结构的模态参数是结构健康监测和损伤识别等研究及工程实践的重要内容,也是前提和难点.本文首先运用随机减量法对振动台激励下的结构振动响应数据进行预处理,然后用ITD法识别出结构的频率、阻尼比和振型系数.利用本方法对同济大学土木工程防灾国家重点实验室12层钢筋混凝土框架模型振动台试验数据进行了分析,并将识别结果与有限元分析软件的数值模拟进行了对比.结果发现:模型试验结构的3～6层为结构的薄弱位置,且自振频率在随着加速度不断增加的地震波输入下呈阶梯形下降了两阶,之后呈现波动状态,结构振型在第27工况之后也和前面有明显的改变.     

基于NExT的转角输电塔自振频率实测研究

基于自然激励技术和特征系统实现算法,通过现场实测研究了某220kV大跨度转角输电塔线体系的自振频率。基于有限元理论建立了一塔两线的输电塔线体系分析模型,并考察了有无导线时输电杆塔的动力特性的差异。基于理论分析的输电杆塔振型特点,并结合实际杆塔的构造特点,制定了测试方案和传感器布置位置。通过现场实测获得了结构的加速度响应。基于NExT技术得到了加速度的脉冲响应信号,并在此基础上采用特征系统实现算法进行了各工况下结构体系的自振频率的识别。结果表明,实测结果与理论结果较为吻合。由于导线的存在,结构体系的自振频率发生了一定程度的减小,输电杆塔表现出了较为明显的扭转振动特点。     

非线性成层地基非平稳动力响应可靠度分析

针对非线性成层地基进行了随机动力有限元分析，求得地基土层的非平稳动力响应及其可靠度。
利用Hardin-Drnevich双曲线模型考虑土层的非线性，通过迭代计算得到土单元的剪切模量与阻尼比。引
入虚拟激励法，将地震加速度非平稳功率谱密度作为虚拟输入，运用有限元方法对土层进行地震响应分析
，得到地基各种动力响应的时变功率谱密度、时变根方差及不同阈值下的时变可靠度。计算结果表明，由
于土层非线性的影响，在非平稳地震输入下，地基系统的自振特性随时间而改变，响应的非平稳特性十分
明显。     

大跨越输电塔风振系数研究

针对三江口长江大跨越输电塔工程实例,用SAP2000建立该塔的三维有限元模型,对模型进行有限元动力分析,计算结构适用于工程设计的输电塔第一自振周期及第一振型系数,确定大跨越塔的风振系数,以指导大跨越塔的抗风设计.     

脱硫排烟一体式钢塔TMD减振效果分析

发电厂中新型脱硫排烟一体式钢塔属于复杂的高耸薄壁结构,由于顶部截面突然变细,风荷载作用下极易产生较大振动,为了减小风致振动,提出了适用于脱硫排烟一体式钢塔的调谐质量阻尼器（tuned mass damper, TMD）减振方案.基于流固耦合理论,建立了结构场与流场计算模型,成功利用数值风洞方法计算了有无TMD结构的风振响应,并通过现场风振监测对数值方法的可靠性进行了验证.结果表明,该脱硫排烟一体式钢塔振型以局部或整体的平动、转动、屈曲与扭转为主,通过在塔体顶部设置TMD,位移动力响应最大值降低41%,均方根值降低75%.频谱分析表明,结构安装TMD后部分低频振型被激起,同时主频率对应的动力响应大大降低,TMD对于该脱硫排烟一体式钢塔可以起到较好的减振效果,为类似高耸薄壁结构的风振控制提供了参考.     

锻锤隔振基础动力特性实例分析

为了解决锻锤工作时冲击振动对环境的危害,以带混凝土配重块的锻锤隔振基础为例,从工程应用角度出发,根据振动理论建立了两自由度锻锤隔振基础体系模型,运用线性加速度方法计算冲击振动作用下的基础振动响应.同时还针对力学模型中的质量、刚度和阻尼等动力参数进行优化分析,并运用有限元方法分析混凝土配重块的冲击应力分布状况.锻锤隔振基础优化后的动态参数为:质量比60～ 110,隔振频率2.5～4.0 Hz,阻尼比0.2～0.3.     

Analysis on nonlinear wind-induced dynamic response of membrane roofs with aerodynamic effects

Based on the characteristics of membrane structures and the air influence factors, this paper presented a method to simulate the air aerodynamic force effects including the added air mass, the acoustic radiation damping and the pneumatic stiffness. The infinite air was modeled using the acoustic fluid element of commercial FE software and the finite element membrane roof models were coupled with fluid models. A comparison between the results obtained by FE computation and those obtained by the vibration experiment for a cable-membrane verified the validity of the method. Furthermore, applying the method to a flat membrane roof structure and using its wind tunnel test results, the analysis of nonlinear wind-induced dynamic responses for such geometrically nonlinear roofs, including the roof-air coupled model was performed. The result shows that the air has large influence on vibrating membrane roofs according to results of comparing the nodal time-history displacements, accelerations and stress of the two different cases. Meantime, numerical studies show that the method developed can successfully solve the nonlinear wind-induced dynamic response of the membrane roof with aerodynamic effects.     

悬索桥断索动力响应有限元模型参数研究

采用有限元方法（FEM）建立考虑主缆局部振动影响因素的悬索桥断索动力分析模型,研究主缆局部振动对悬索桥断索动力响应的影响程度. 对主缆物理抗弯刚度、单元网格密度、索夹质量、模型阻尼比以及吊索应力初始状态等因素进行参数分析,给出提高计算结果精度的建议. 结果表明：在进行悬索桥断索动力分析时,主缆局部振动对计算结果精度具有不可忽略的影响;有限元模型中主缆物理弯曲刚度、单元网格密度和索夹质量均是影响主缆局部振动的关键参数. 结构整体模态阻尼和主缆局部阻尼均能有效抑制断索点主缆振动,分析模型须考虑局部主缆单元阻尼和结构整体模态阻尼的差异. 结构断索动力响应随着断裂吊索初始应力增大而增大,结构断索响应动力放大系数变化幅度不大.     

大型超高层建筑的随机风振响应分析

大型超高层建筑结构具有自由度数庞大、小阻尼及振型密集等特点,针对传统方法在处理大型复杂实际结构受多点随机激励中存在计算效率比较低或精确性不高等不足,提出了基于虚拟激励法的复杂超高耸结构的随机风振响应分析方法.运用虚拟激励法将脉动风荷载作用下的多点激励转化为简谐虚拟激励向量,并根据平稳随机理论推导出相应风振响应的表达式,自动计入了多点风激励的空间相关性和振型间的相关性.以目前在建的深圳第一高楼——深圳金基大厦为算例,分析结果验证了方法的有效性和准确性,可以提高多点随机激励响应的计算效率和精确度,在大型高层实际工程风振响应计算分析中有较强的实用价值.     

屋顶安装型风力机塔架风振反应分析

为了研究屋顶安装型风力机塔架在风荷载作用下的动力性能,对该塔架进行风振时程反应分析.建立考虑叶片传至塔架作用力的塔架振动方程,采用引入快速傅里叶变换(FFT)技术的谐波叠加法分别模拟得到叶片和塔架的风速时程,利用叶素理论计算叶片传至塔架作用力.研究屋顶集风效应和叶片旋转对此类风力机塔架风振反应的影响.结果表明考虑屋顶集风效应后塔架的风振反应有一定增强;叶片旋转情况下塔架位移和弯矩显著增加.     

某大跨网壳的风致响应影响参数分析

在设计大跨结构时,风荷载是被控制的主要因素。为探讨地面粗糙类别、基本风压、阻尼比和风向角对大跨结构风致响应的影响,以重庆某体育场大跨网壳屋盖为研究对象进行了数值模拟分析。计算结果表明：对于大跨结构,采用随机振动分析时需考虑高阶参与振型的影响,当地面粗糙类别由A类向D类变化时,风致响应会逐渐加强,随基本风压的增大,也会使得风致响应逐渐加强,随阻尼比的增大,风致响应会逐渐减弱,风向角的变化对风致响应影响较大。