开放系统悬臂类结构的动力特性计算方法

结构总是修建在一定的场地而形成土-结构相互作用的开放系统。为解决开放体系下悬臂类结构的自振频率、振型和考虑辐射阻尼下模态阻尼比的计算问题,提出了脉冲荷载响应模态分析法。该方法采用直接有限元法建立土-结构相互作用有限元模型,对结构施加脉冲荷载得到结构动力反应后,由模态识别方法计算结构的动力特性。随后,以一个悬臂类五层框架结构为例研究了计算动力特性随土体计算范围变化的规律和脉冲荷载激励点位置对计算结果的影响。在此基础上,讨论了土体材料阻尼对模态阻尼比的影响,并与集总参数模型和直接模态分析法进行对比,说明不同方法的计算精度。计算结果表明,随着土域计算范围的增加,脉冲荷载响应模态分析法所得的动力特性将逐渐收敛到精确解;当土体计算范围大于结构基频所对应的波长的2倍时,结构自振频率的误差小于1%,模态阻尼比的误差小于5%;以非模态节点作为激励点都可以得到比较精确的结果;三参数集总参数模型所得模态阻尼比存在显著误差,直接模态分析法所得模型的基频随土域范围增大而趋向于零;相比于辐射阻尼,土体材料阻尼对结构的各阶模态阻尼比的影响较小。     

滞后阻尼体系地震反应的中心差分虚初始条件法

针对滞后阻尼体系的直接积分法解发散问题,提出了中心差分虚初始条件法。该方法以实数初始条件为基础,建立相应的虚初始条件,以消除自由振动中的发散项,而使直接积分法的计算结果收敛到稳定解;并以有条件稳定的中心差分数值计算方法为基础,建立中心差分虚初始条件法的直接积分程序;对三个不同自振频率体系在三条地震波作用下进行中心差分虚初始条件法、解析解和频域解的数值计算。计算结果表明:频域分析结果仅包含稳态解,这将导致低自振频率体系在振动的初始阶段将产生显著误差;中心差分虚初始条件法对不同工况的计算结果都是稳定的,且收敛到包括瞬态反应的解析解。     

地铁荷载下隧道注浆对地面振动的影响

为研究地铁隧道注浆加固后土体力学性能的改变对列车运行引起地面振动的影响,采用有限元分析方法,建立了土体-隧道二维计算模型,分析了在不同隧道埋深及激振频率下,注浆体强度与注浆范围对地面振动加速度反应的影响。计算结果表明:不同隧道埋深下注浆体强度与注浆范围对地面反应的影响规律大致相同;激振频率对计算结果影响很大,1030 Hz激振频率下,注浆体强度与注浆范围对地面加速度反应的影响较小;50 Hz激振频率下,地面最大加速度反应与注浆效果近似成正比,整体随着注浆范围的增大而增大;70 Hz与90 Hz激振频率下,注浆体强度与注浆范围对地面反应的影响存在很强的非线性。因此,在地铁动力反应分析中,隧道注浆的影响不可忽略,计算时应详细考虑注浆体强度与注浆范围的影响。     

变高度悬臂箱梁剪力滞效应的半解析解EI北大核心CSCD

以等截面Euler梁的自由振动模态为Ritz基函数,提出了一种求解变高度箱梁剪力滞微分方程组的Ritz法。该方法首先进行与箱梁相同跨度相同边界条件等截面欧拉梁模态分析,然后将箱梁的竖向挠度和剪切转角用模态及其导数的线性组合来表达,从而将变分法所得箱梁剪力滞微分方程组转化为线性代数方程组进行求解。在此基础上,研究了参与计算模态阶数和截面高度变化率对计算误差的影响,算例分析结果表明:箱梁高度变化越大,Ritz法的收敛速度越慢;但随着参与计算模态阶数的增加,Ritz法将收敛到解析解。采用12阶以上模态进行计算,所得的剪力滞系数误差小于5%。     

变高度悬臂箱梁剪力滞效应的半解析解

以等截面Euler梁的自由振动模态为Ritz基函数,提出了一种求解变高度箱梁剪力滞微分方程组的Ritz法。该方法首先进行与箱梁相同跨度相同边界条件等截面欧拉梁模态分析,然后将箱梁的竖向挠度和剪切转角用模态及其导数的线性组合来表达,从而将变分法所得箱梁剪力滞微分方程组转化为线性代数方程组进行求解。在此基础上,研究了参与计算模态阶数和截面高度变化率对计算误差的影响,算例分析结果表明:箱梁高度变化越大,Ritz法的收敛速度越慢;但随着参与计算模态阶数的增加,Ritz法将收敛到解析解。采用12阶以上模态进行计算,所得的剪力滞系数误差小于5%。     

悬臂施工中临时固结柱的优化设计及实验

临时固结结构是桥梁悬臂法施工中的一个临时性结构。为使设计的临时固结结构既安全又经济,基于ANSYS中的优化模块进行结构的优化设计。对于钢管混凝土柱临时固结结构,提出以钢管的造价为目标函数,以极限承载力、套箍系数和径厚比为约束条件建立优化函数。考虑到施工过程中荷载组合类型较少,采用对每个荷载组合进行优化分析,并以不同荷载组合优化结果的最大值作为设计的依据,从而简化计算。最后,以西安沣河大桥悬臂法施工中钢管混凝土柱为例,进行优化设计并进行实验验证,实验研究结果表明,由优化分析所设计的固结柱可确保桥梁安全正常的施工。     

地下空间结构对邻近地上结构地震反应影响振动台实验

大型地下空间结构影响地震波的传播使邻近地震动场发生变化.为研究地上结构地震响应受地下空间结构的影响程度,设计并开展了地下结构-土-地上结构体系(SSSI)和土-地上结构体系(SSI)振动台模型实验,对比研究了在6条不同卓越频率输入地震波下地上结构地震反应的变化规律.实验研究结果表明:地下空间结构影响邻近场地的动力特性,...     

外围护结构遮阳对建筑能耗的影响研究

外围护结构的遮阳性能显著影响建筑能耗,为表征遮阳对能耗的影响,本文提出遮阳性能等效传热系数的概念。然后,通过对我国不同气候区的五个典型城市进行算例分析,研究了不同因素对遮阳性能等效传热系数的影响并与围护结构传热系数进行了对比分析,结果表明：（1）屋面与南立面遮阳影响最大,东西立面相当,北立面最小;（2）等效传热系数与遮阳系数成正比,夏季环境遮阳系数越大对保温越不利（昆明除外）,冬季环境遮阳系数越大越有利;（3）夏季环境下,越寒冷气候地区的遮阳性能等效传热系数越大,冬季环境反之;（4）夏季环境下遮阳性能等效传热系数普遍远高于标准要求的传热系数限值,此时节能措施重点应放在遮阳,而冬季环境下通常低于该限值。论文最后对内遮阳、外遮阳及玻璃遮阳三类遮阳构造措施进行了总结分析,为节能设计提供参考。     

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,计算结果表明当附加实模态数不小于8 时,模态摄动法所得的特征值误差小于2%;在复模态叠加法模态截断方面,基于累积振型参与质量和累积振型贡献系数所得的模态数偏少,建议采用首层平动的累积振型加速度贡献系数作为模态截断的依据,此时,复模态叠加法所得水平位移的峰值误差小于10%,累积误差小于15%,显示了良好的计算精度;且该方法的计算时间小于基于状态空间法的复模态叠加法。以一个钢结构框架办公楼地震反应分析为例,验证了该方法的适用性。综合来看,对于强非比例阻尼体系,强制解耦的实模态叠加法计算误差较大,而该方法可兼顾计算效率与精度。     

位移法典型方程及数值分析在门窗多点锁闭系统中应用

鉴于门窗多点锁闭系统在建筑外窗上的应用及发展状况,本文通过采用结构力学中位移法典型方程及数值分析两种方法在多点锁闭系统受力分析介绍,分析了两种计算方法中门窗多点锁闭系统受力状态,得出了门窗多点锁闭系统分析中有效方法及途径,为行业在建筑门窗多点锁闭系统受力分析中提供理论依据及计算方法。