空间钢网架结构力学性能的试验研究

当前有关空间钢网架结构安全性能的检测试验资料明显不足。文中以某实际空间钢网架结构为研究对象,对其进行了较系统的静动力试验和有限元分析。试验测试时将网架区划为9个带状单元,在每个单元的最大挠度位置进行了逐级加载的静力试验和0 kN、40kN两种配重条件下网架整体结构的振动测试,获得了表征网架变形性能的刚度值和网架前三阶竖向弯曲振动频率,依据试验结果对该网架的力学特点进行了分析。由于理论简化与实际工程的差别,导致有限元分析结果与实测结果误差较大,但有限元分析结果可用于试验模态的辅助判断。文中对网架试验的单元区划、数据采集方法和试验数据的处理过程均作了详细说明,可为网架结构检测试验法的深入研究提供参考。     

基于局部测点模态测试的简支梁桥承载刚度评定试验研究

快速可靠地检测服役桥梁的承载刚度对保障道路交通线路的安全运营具有重要意义。文章提出一种基于局部测点模态测试的简支梁桥承载刚度评定方法,并以某实际工程中一座简支梁桥为试验对象,对所提方法的可行性和准确性进行验证。设计传统桥梁荷载试验的中载和偏载加载方案,测得各工况下简支梁桥跨中截面的实测静挠度,基于环境激励进行联合测点模态试验和局部测点模态试验,预测简支梁桥跨中截面的模态挠度,并结合桥梁理论挠度计算结构挠度校验系数。结果表明:中载、偏载工况下联合测点模态试验预测的跨中截面模态挠度与静载试验跨中截面实测静挠度的相对误差最大不超过5.7%,基本满足工程精度的要求;联合跨中截面测点和桥面加载点测点的联合测点模态试验能够准确评估桥梁的承载刚度;仅在跨中截面布置传感器的局部测点模态试验预测的模态挠度基本等价于联合测点模态试验预测的模态挠度,两者的相对误差小于2%,局部测点模态测试预测的跨中截面挠度校验系数与静载试验的实测挠度校验系数相比具有很好的一致性。     

粘性土地基在动荷载作用下变形分析

通过室内模型试验从宏观与微观结构讨论了粘性土地基分别在静载、动载作用下横向位移、竖向位移随深度的变化规律、地基应变与最大剪应变分布。分析研究了粘性土微结构动态环境能场、外部环境条件变化与其内在介质环境变化之间的密切关联。结果表明,动载比静载作用下的位移、应变、剪应变大得多,特别是对地基的浅表处影响不仅范围大而且深度加大。试验结果还表明偏湿土和受振动的土击数越多,对土的初始结构损伤越厉害,但土的后期结构强度有所提高。     

斜拉桥模型试验研究

本文为一斜拉桥模型动力和静力试验的总结。测试了模型沿三个主轴向的14个自振频率及相应振型,分析了斜拉桥的振动特点和抗震能力。完成了在横向和竖向各种不同荷载下挠度和应变的测量,表明结构有足够的横向和竖向刚度。     

基于环境激励的大跨结构动力特性识别

本文以广州国际会展中心一期在环境激励下获得的屋盖5处位置加速度响应时程数据为基础,分别采用随机减量法(RDT)、峰值拾取法(PP)以及频域分解法(FDD)识别结构的前4阶竖向振动模态频率;并采用随机减量法(RDT)获得了前2阶阻尼比。基于有限元分析软件ANSYS,建立结构三维有限元模型,获得了结构前16阶模态频率,并将前4阶整体竖向模态频率与实测结果进行对比。研究表明:(1)RDT法、PP法以及FDD法具有很好的识别结构振动模态频率的功能,且RDT法能有效地识别结构整体阻尼比;(2)有限元数值计算在结构设计初期对识别动力特性上具有较高的精度。     

预应力组合网架结构的自振特性分析及现场测试

本文采用子空间迭代法计算了预应力组合网架的自振频率与振型,分析总结了结构的自振特性及其影响因素,诸如索预应力、跨高比、边界条件、板和梁肋偏心、附加质量以及节点刚度的影响,并回归得出预应力组合网架基本周期简化计算公式。同时使用“脉动法”对天津一中新建活动中心楼层预应力组合网架进行了现场动力测试,结果表明预应力组合网架动力计算所采用的计算模型合理、计算分析结果可信,最后使用自由振动法及半功率点法得出了预应力组合网架结构的阻尼比,此值可作为钢与混凝土预应力组合网架结构的参考阻尼比。     

摩擦-碟簧三维复合隔震支座的性能试验研究

对适用于大跨结构的摩擦-碟簧三维复合隔震支座进行了振动台试验研究,该支座在水平向和竖向分别采用摩擦滑移装置和碟型弹簧隔震。在水平向,试验重点测试了简谐激励和地震动激励下支座的滞回性能,考察了竖向荷载变化及地震动强度对隔震性能的影响,以期为建立水平隔震理论模型提供依据;在竖向,对碟型弹簧的等效阻尼比和等效刚度进行了测试,研究了竖向预压荷载和动力荷载对竖向滞回性能的影响。结果表明,复合隔震支座在水平向和竖向均具有较好的滞回性能,竖向等效阻尼比在0.10～0.15间,且随着预压荷载的增加而增大。     

四渡河大跨悬索桥空间地震响应分析

非一致激励输入对大跨结构响应有着较大影响。本文以四渡河悬索桥为背景,首先根据该桥动力特性对规范反应谱进行调整,基于修正反应谱并考虑相位非平稳性合成地震动位移;然后编制了调索程序来确定有限元模型的初始平衡构型;采用时程法,分别分析了在纵桥向、横桥向以及竖向的非一致激励(行波输入、多点输入)下的悬索桥地震响应。计算结果表明,纵向非一致激励输入增大了悬索桥的地震响应,横向、竖向非一致激励输入的影响有增有减。     

地震作用下附建式变电站电气设备动力响应

附建式变电站通常会对电气设备采取隔振措施以减小设备振动及噪声通过结构传播扰民。然而,目前常用的隔振装置系统的自振频率通常位于2～10 Hz之间,与地震动卓越频率相近。因此,这类隔振装置在地震发生时,往往无法发挥隔震效果,反而可能会放大地震的作用,导致采用了隔振措施的电气设备更容易受到损坏。通过有限元模拟的方法,旨在研究不同周期类型的地震动激励下,采用常规隔振方案的电气设备的动力响应。结果表明,采用普通隔振装置后,电气设备所受的竖向地震作用响应相较楼板处有不同程度的放大。这一发现对电气设备的抗震设计提出了重要的警示,需要更加谨慎地考虑隔振装置的选用,以确保设备在地震发生时能够有效地减小振动,降低损坏风险。     

基于Revit平台设计建筑模型的钢网架结构抗震性能数值模拟

研究基于Revit平台设计建筑模型的钢网架结构抗震性能数值模拟方法,对于提高钢网架结构抗震性能以及安全性具有重要应用价值。该方法依据标高和轴网的定位信息设计钢网架建筑构件及结构构件后,通过Revit软件平台确定实例钢网架结构建筑模型大体框架;采用绑定约束以及接触约束方法,分别实现建筑模型杆件-梁以及混凝土-型钢间的约束,并采用位移控制加载方法在得到的建筑模型杆顶以及梁与轴线方向加载轴向荷载和往复荷载。采用TurnTool虚拟仿真软件,进行钢网架结构抗震性数值模拟。结果显示:在低周往复荷载作用下钢网架结构荷载与位移的变化较为稳定;在低周往复荷载作用下的塑性阶段时,结构的纵向系杆对混凝土存在约束效果,构件间距越小该结构的延性就越好,纵向系杆能够提高实例钢网架结构的受力性;不同地震波作用下钢网架结构楼层节点位移随着楼层的增高而加大,证明了所设计模型的抗震模拟结果准确性较高。     

地震作用下反倾岩质斜坡动力响应规律及频谱特征研究

以四川昌都贡扎滑坡为原型,设计制作了1:1000的振动台试验模型,开展了包含软弱岩性组合和贯通性结构面的反倾岩质斜坡的振动台模型试验.考虑场地工程地质条件和场地特性,将富含多种频率的人工合成基岩地震波作为动力输入条件,探讨了不同概率水准人工合成地震波作用下反倾岩质斜坡的动力响应规律,并与输入正弦波的放大效应规律进行对比...     

Time harmonic point load and dynamic contact problem of contacting fluid and poroelastic half-spaces

The dynamic response of contacting fluid and fluid-saturated poroelastic half- spaces to a time-harmonic vertical point force or a point pore pressure is investigated. The solutions are formulated using the boundary conditions at the fluid-porous medium interface. The point load solutions are then used to solve the dynamic problem of the vertical vibration of a rigid disc (both permeable and impermeable discs are included) on the surface of the poroelastic half-space. The contact problems are solved by integrating the point force and point pore pressure solutions over the contact area with unknown discontinuous force and pore pressure distributions, which are determined from the boundary conditions. The solutions are expressed in terms of dual integral equations, which are converted to Fredholm integral equations of the second kind and solved numerically. Selected numerical results for the vertical dynamic compliance coefficient for the cases with or without fluid overlying the poroelastic half-space are presented to show the effects of the fluid. The influence of the permeability condition of the disc on the compliance of the poroelastic half-space is investigated. The displacement, vertical stress, pore pressure in the poroelastic half-space and water pressure in the fluid half-space are also examined for different poroelastic materials and frequencies of excitation. The present results are helpful in the study of the dynamic response of foundations on the seabed under seawater.     

采用双向调谐质量阻尼器的大跨度桥梁风振控制仿真分析

传统的调谐质量阻尼器（TMD）设计均仅针对结构某一阶模态单独设置,当用于密频结构减振时会导致附加质量过多。为减小TMD的附加质量,结合大跨度斜拉桥结构的密频与风致耦合振动特点,提出了一种新型的双向共享质量与电涡流阻尼式TMD。具体实现方式是：水平、竖向TMD的刚度构件分别采用悬臂梁与压簧,将水平向TMD整体置于压簧上面,从而构成竖向TMD的质量;导体板固定不动,使安装在TMD质量块的永磁体阵列随质量块竖向或水平方向运动,从而分别产生竖向与水平向的电磁涡流阻尼。研究结果表明：（1）电涡流阻尼可以很好地实现双向TMD装置的共享阻尼,且电涡流阻尼的大小可以很方便地调节;（2）采用双向TMD进行斜拉桥的风致振动控制减振效果良好,可行性强。     

竖向地震下双塔连体建筑的分析和设计

首先输入多条实际竖向地震记录,用时程分析考察了塔楼高度和连体跨度不同的多个算例。然后将其抽象成塔楼和连体桁架组成的双自由度体系,运用频域分析方法,得到竖向地震作用的变化规律：11随着桁架对塔楼频率比增加,连体地震放大作用越明显;2）当连体对塔楼质量比较小且两者频率比相近1,连体地震反应进一步加强。现行抗震规范的重力系数法提出的大跨度结构竖向地震的实用计算公式对于本文研究结构并不完全适用。提出考虑塔楼和桁架协同地震作用的实用算式,并对一个超高层工程实例进行竖向地震作用分析,与时程分析结果吻合较好。     

Simplified design method and seismic performance of space trusses with consideration of the influence of the stiffness of their lower supporting columns

Static and dynamic force performance of two types of space truss structures i.e. square pyramid space truss (SPST) and diagonal on square pyramid space truss (DSPST), are studied to determine the effect of stiffness of their lower supporting members. A simplified model for the supporting columns and the equivalent spring mass system are presented. Furthermore, the feasibility of the simplified model is demonstrated through theoretical analysis and examples of comparative analysis of the simplified model with the entire model. Meanwhile, from the elastic analysis under frequently occurring earthquakes and elasto-plastic analysis under seldom occurring earthquakes subjected to TAFT and EL-Centro seismic oscillation it is shown that the simplified method can be encompassed in the results from the normal model. It also showed good agreement between the two methods, as well as greatly improved the computational efficiency. This study verified that the dynamic effect of the supporting structures was under considered in space truss design in the past. The method proposed in the paper has important significance for other space truss structures.     

基于黏滞液体阻尼器的铁路钢桁梁桥减震研究

以某高墩大跨度铁路简支钢桁梁桥为实际工程背景,研究了黏滞液体阻尼器对结构纵向抗震性能的影响.采用非线性时程分析方法,对黏滞液体阻尼器的相关参数及布置位置进行了优化分析.分析结果表明:合理选择黏滞液体阻尼器的布置位置、个数及阻尼参数,高墩大跨铁路简支钢桁梁桥具有明显的减震效果.     

柱承式立筒群仓结构模型振动台试验研究

为研究不同贮料状态下钢筋混凝土柱承式立筒群仓结构的动力特性及其在地震作用下的动力响应规律,对缩尺比例为1:25的3×3组合柱承式立筒群仓结构模型进行了振动台试验。试验结果表明:柱承式筒仓结构具有“上刚下柔”的特性,使其加速度响应和整体变形均沿高度呈折线型,折点在刚度突变的柱顶和仓壁连接部位;贮料状态对立筒群仓结构动力特性的影响较大,随着贮料质量的增加,群仓模型加速度响应、位移响应的弯折效应均更加明显,边仓和角仓的加速度响应均逐渐增大;贮料及其与仓体间相互作用对耗能的贡献随着台面加载等级的增加而逐渐加大。     

典型斜坡地形地震动特征分析

以云南鲁甸6.5级地震中房屋建筑破坏严重的龙头山集镇斜坡地形为例,通过地脉动测试分析得出斜坡及坡顶测点相对于坡脚参考点谱比峰值均＞1,顺坡向谱比峰值大于垂直坡向谱比峰值,且谱比峰值从斜坡坡脚到坡顶逐渐增大,坡顶处约为3;顺坡向谱比峰值对应的频率为4.57～5.39 Hz,垂直坡向谱比峰值对应的频率稍高,为5.42～5.96 Hz。通过结合黏弹性边界的时域动力有限元方法分析斜坡地形在垂直入射地震动作用下的响应,数值模拟结果表明,斜坡坡顶处的位移放大作用显著,坡脚处放大作用较小;介质剪切波速对斜坡地震动的影响较明显,尤其是坡顶点处不同介质剪切波速模型位移峰值差异较大。由于斜坡地形复杂的散射效应,在斜坡及附近测点均出现明显的转换面波,坡顶点处波形转换最显著。数值模拟结果进一步验证了龙头山集镇依坡而建的房屋建筑破坏严重是由局部地形地震动放大效应与地震动差动共同作用引起的。     

Effect of vehicle weight on natural frequencies of bridges measured from traffic-induced vibration

Recently, ambient vibration test (AVT) is widely used to estimate dynamic characteristics of large civil structures. Dynamic characteristics can be affected by various environmental factors such as humidity, intensity of wind, and temperature. Besides these environmental conditions, the mass of vehicles may change the measured values when traffic-induced vibration is used as a source of AVT for bridges. The effect of vehicle mass on dynamic characteristics is investigated through traffic-induced vibration tests on three bridges; (1) three-span suspension bridge (128m +404m + 128m), (2) five-span continuous steel box girder bridge (59m + 3@95m + 59m), (3) simply supported plate girder bridge (46m). Acceleration histories of each measurement location under normal traffic are recorded for 30 minutes at field. These recorded histories are divided into individual vibrations and are combined into two groups according to the level of vibration ; one by heavy vehicles such as trucks and buses and the other by light vehicles such as passenger cars. Separate processing of the two groups of signals shows that, for the middle and long-span bridges, the difference can be hardly detected, but, for the short span bridges whose mass is relatively small, the measured natural frequencies can change up to 5.4%. Supported by: the Ministry of Construction and Transportation, Korea Highway Corporation and Hyundai E&C Co. Ltd. under Project No. R&D/970003-2.