典型通信铁塔抗震性能及地震易损性

通信铁塔的地震易损性研究是通信系统震后灾害评估和预测的基础工作之一,但在以往的通信系统地震灾害评估研究中,这一工作被忽略了。在对北方某城市大量通信铁塔进行调研的基础上,选取了3个典型通信铁塔（50 m高四方塔、30 m高四方塔和50 m高单管塔）作为研究对象,采用有限元软件ABAQUS建立了数值模型;通过对3个铁塔的静力推覆分析,得到了处于不同损伤状态下的损伤指标数值;通过增量动力分析,得到了3个通信铁塔的抗震性能和地震易损性曲线,为通信系统地震灾害评估和预测提供参考。     

单管通信塔脉冲型地震动强度参数研究

以一典型的30 m高薄壁单管通信塔为研究对象,从太平洋地震工程研究中心(PEER)地震动数据中心选取50条近断层脉冲型地震动组成脉冲型地震动集。选取幅值参数、频谱参数、持时参数和能量参数4大类共14个地震动强度参数进行对比分析,从有效性和充分性两个维度得到在脉冲型地震动作用下最优地震动强度参数。结果表明：在同时考虑有效性和充分性的前提下,对于薄壁式单管通信塔,在脉冲型地震动作用下,地震动强度参数最优的是结构基本周期对应的谱加速度S_a(T₁)和有效峰值加速度EPA。该结论可为薄壁式单管塔动力时程分析时选择最优地震动强度参数提供理论依据。     

重大建设工程基本自振周期估算方法探讨

在对规范和文献资料的研究和分析的基础上,本文探讨了(超)高层建筑、巨型储油罐、大跨桥梁工程等重大建设工程基本自振周期的估算方法.在工程场地地震安全性评价工作中,可采用本文提供的重大建设工程基本自振周期估算的公式.同时,本文为长周期地震动对工程结构作用的相关参数的合理确定提供了依据.     

钢板剪力墙结构基本自振周期简化计算研究

本文针对钢板剪力墙结构自振周期缺乏研究的现状,将钢板剪力墙简化为Timoshenko梁,提出了考虑周边框架影响的钢板剪力墙等效抗剪刚度计算的方法,然后根据Southwell-Dunkerley理论,给出了钢板剪力墙结构基本自振周期的简化计算公式。然后,通过56个算例比较分析了本文公式计算结果与有限元计算结果发现:本文公式计算结果与有限元结果之比的平均值为1.015,标准差为0.049,说明本文公式具有足够的可靠性。接着,又对结构高度、均布质量、等效抗剪、抗弯刚度、钢板的高厚比、高宽比等参数进行了分析,分析结果表明:随着结构高度与均布质量开方的乘积增大,结构的基本自振周期增长;层数相同时,随着等效抗剪刚度、抗弯刚度的增大,周期有减小的趋势;层数相同时,随着钢板高厚比与高宽比乘积的增大,周期增长。     

钢框架-钢筋混凝土剪力墙结构的地震能量反应分析

以17个钢框架-钢筋混凝土剪力墙混合结构为样本,选取结构自振周期T和结构刚度特征值λ作为分析参数,分析它们在不同类型地震动下的地震能量反应。研究表明,混合结构体系在地震作用下总输入能的大小主要与结构的自振周期以及地震动类型有关,剪力墙与钢框架之间的刚度关系对总输入能影响不大;总输入能等效速度谱的形态受地震动类型的影响很大,同一地震动作用下,幅值与等效速度谱值之间基本能够维持线性增长的关系,但随着结构塑性发展的加剧,这种线性增长关系的离散度会变大;在结构自振周期不变化的前提下,结构的滞回耗能比以及底部剪力墙承担滞回耗能的比例都会随结构刚度比的增大而减小。     

砖石古塔基本周期的简化计算方法

古塔的自振周期是古塔损伤程度评价和抗震分析的重要参数。本文依据结构动力学基本理论和古塔动力特性实测数据,以砌体的材料性能、塔身厚度、塔身截面形状、塔身开洞率等关键参数为指标,通过古塔基本周期的理论分析和计算机模拟,提出了基于弯曲悬臂杆模型的四系数简化计算公式。按照该公式对14座典型砖石古塔的基本周期进行了计算,并与现场实测值做了对比,表明该公式计算精度满足工程要求,可用于多种类型砖石古塔的动力特性估算。     

220kV四回路窄基输电铁塔动力特性研究

针对一220 kV四回路窄基直线塔,采用梁桁混合单元结构模型,利用ANSYS进行了自振模态动力特性分析,获得了其自振模态与自振频率。研究表明:窄基输电塔的自振特性与普通输电塔的有一定差别,从而进一步了解窄基铁塔的动力特性。     

地震受损房屋结构自振特性测试

采用底部剪力法对结构进行抗震计算的重要一步就是确定结构的基本自振周期,抗震设计规范为此提供了自振周期计算和相应的折减方法。对于新建结构,规范经验公式是合理的,但对于地震受损结构,当需要进行抗震加固设计计算时,针对完好建筑结构给出的规范经验公式就不再适用。由于缺乏实测资料,无论是抗震鉴定标准还是加固技术规程,都没有给出可以参考的方法。作者在玉树地震后,利用环境脉动测试方法,对在玉树地震中受到破坏的20余栋不同结构类型的房屋建筑结构进行了现场测试,获得了这些受损房屋结构的实测基本自振特性,给出了对结构震害程度与结构自振周期变化之间关系的初步认识。为震损结构鉴定与加固设计提供了可参考数据,同时,实测结果也可为结构非线性分析方法的发展和结果的验证提供重要参考。     

半刚性连接钢管混凝土框架剪力墙结构的动力特性分析

将钢管混凝土框架剪力墙结构作为连续弹性无限自由度结构，建立自由振动方程，分析了半刚性连接对结构自振周期和频率的影响，推导出半刚性连接框剪结构自振周期系数的计算公式。使用通用有限元程序ANSYS进行结构的模态分析，有限元分析结果和公式计算结果吻合良好。结果表明，半刚性连接使得结构自振周期增大，半刚性连接对高阶振型自振周期的影响很小。提出了地震区钢管混凝土框剪结构体系的设计建议，可供工程设计人员参考使用。     

钢筋混凝土建筑物振动特性的高度效应研究

建筑物振动特性对于结构抗震设计有重要的理论价值,其中自振周期和阻尼比是2个主要的动力参数。对福州地区129栋不同高度钢筋混凝土建筑物进行振动测试,并统计建筑物的基本特征,研究了高度在21~99m范围内建筑物的自振周期和阻尼比随建筑物高度变化的规律。结果表明:建筑物自振周期随高度增加而增大,有良好的相关性,自振周期约是高度的0.018 63倍;长短轴向自振周期也随高度的增加而增大,长轴向自振周期约是高度的0.014 56倍,短轴向自振周期约是高度的0.018 46倍;随着建筑物高度的增大,阻尼比、长轴向阻尼比和短轴向阻尼比这三者在一定的范围内近似均匀分布,对高度的敏感性低,其中建筑物阻尼比的平均值为4.44%,与建筑抗震设计规范所取的定值5%是比较接近的。研究结论:可为蓬勃发展的高层钢筋混凝土建筑物的初期设计提供科学依据。     

Dynamics of towers surrounded by water

The effects of interaction with surrounding water on the dynamic response behaviour of cantilever tower structures are studied. Expressions for response to harmonic ground motion in individual modes of vibration, including hydrodynamic interaction, are presented, the accuracy of responses obtained by ignoring surface waves and compressibility of water in the hydrodynamic solutions is evaluated, the effects of hydrodynamic interaction on the fundamental period of vibration are studied and the commonly used ‘added mass’ approach to account for effects of surrounding water is examined. The conclusions deduced from the results of this investigation include the following. Interaction with surrounding water increases the fundamental period of vibration of the tower and decreases the modal damping ratio. Compressibility of water has essentially no influence in the hydrodynamic effects on slender towers. The traditional definition of added mass is conceptually deficient, but is simple to employ; the errors in this simple added mass representation are negligible for the first mode of vibration of towers.     

基于能量合成法的塔式结构刚度识别研究

在Rayleigh能量法和Southwell＇s频率合成法的基础上,将结构的振动基频表示为由各变形元和惯性元组成的子系统频率的合成,其中变形元为结构的弯曲变形和剪切变形,惯性元为结构的分布质量和塔顶附加质量。通过选取满足边界条件的挠度函数,建立了底部固定、顶端带有附加质量的塔式结构基频与刚度的关系,因此可通过测量结构的振动基频识别出塔式结构的抗弯刚度和抗剪刚度。以某钢塔为计算实例,采用该算法推导出了结构振动基频与弹性模量的关系,只要知道截面的几何尺寸和材料性质,便可快速识别出各截面的刚度。有限元空间建模计算结果证明了本文提出的算法具有较高精度。该方法适合底部固定的塔式结构,可为复杂空间塔式结构使用状态的监测与评估提供参考。     

Dynamic performance of cable-stayed bridge tower with multi-stage pendulum mass damper under wind excitations——Ⅰ: Theory

In this paper, wind-induced vibration control of a single column tower of a cable-stayed bridge with a multistage pendulum mass damper (MSPMD) is investigated. Special attention is given to overcoming space limitations for installing the control device in the tower and the effect of varying natural frequency of the towers during construction. First,the finite element model of the bridge during its construction and the basic equation of motion of the MSPMD are introduced.The equation of motion of the bridge with the MSPMD under along-wind excitation is then established. Finally, a numerical simulation and parametric study are conducted to assess the effectiveness of the control system for reducing the wind-induced vibration of the bridge towers during construction. The numerical simulation results show that the MSPMD is practical and effective for reducing the along-wind response of the single column tower, can be installed in a small area of the tower, and complies with the time-variant characteristics of the bridge during its entire construction stage.     

运行状态下海上单桩风机系统自振频率分析

系统自振频率限制是海上风机结构设计中的一个关键因素。运行状态下风机动力荷载会引起基础的水平侧移,较大的水平侧移会导致基础刚度的降低,进一步影响风机系统的自振频率。该文基于有限元软件ABAQUS平台,建立单桩式海上风机结构系统的自振频率数值模型,并讨论运行状态下基础水平侧移对大直径海上风机系统自振频率的影响。模型中考虑了塔筒的变截面特性;桩-土相互作用通过p-y曲线方法模拟;桩和塔采用梁单元模拟;通过Pushover分析汇总出水平侧移引起的桩顶水平刚度。研究结果表明:桩基侧向位移会降低风机结构体系的自振频率;桩基侧向位移对基频的影响较小,对高阶频率的影响显著;大直径海上风机的频率计算中可忽略风机运行状态对体系自振频率的影响。     

复杂变截面塔式结构振动基频实用算法研究

在Rayleigh能量法和Southwell频率合成法的基础上,以满足边界条件的静挠度函数为位移函数,推导出了底部固定、顶端带有附加质量的变截面塔式结构自振基频解析计算公式.结构的振动基频可表示成由各变形元和惯性元组成的子系统频率的合成.如果塔身截面变化复杂,可以将塔身沿高度方向划分成数个单元,以分段求和取代积分.计算...     

Dynamic performance of cable-stayed bridge tower with multi-stage pendulum mass damper under wind excitations --Ⅰ： Theory

In this paper, wind-induced vibration control of a single column tower of a cable-stayed bridge with a multi- stage pendulum mass damper （MSPMD） is investigated. Special attention is given to overcoming space limitations for installing the control device in the tower and the effect of varying natural frequency of the towers during construction. First, the finite element model of the bridge during its construction and the basic equation of motion of the MSPMD are introduced. The equation of motion of the bridge with the MSPMD under along-wind excitation is then established. Finally, a numerical simulation and parametric study are conducted to assess the effectiveness of the control system for reducing the wind-induced vibration of the bridge towers during construction. The numerical simulation results show that the MSPMD is practical and effective for reducing the along-wind response of the single column tower, can be installed in a small area of the tower, and complies with the time-variant characteristics of the bridge during its entire construction stage.     

近断层地震动作用下输电塔-导线体系反应分析

首先在考虑了导线的几何非线性基础上,建立了输电塔-导线体系的简化空间有限元分析模型.其次对体系按纵向和侧向分别进行了自振特性分析.最后在近断层地震动、人造波和El Centro波作用下,利用非线性时程分析法研究了体系的地震反应特性.文中给出的输电塔的计算结果表明：（1）导线明显增加了输电塔的纵向基本自振周期,而对侧向振动周期几乎没有影响;（2）近断层地震动和其它地震动作用相比,输电塔的反应相差不大;（3）近断层地震动显著增大了导线的位移反应,尤其是侧向;（4）导线对体系纵向地震反应影响较大,对侧向地震反应影响较小.     

考虑水-桩-土相互作用的单桩式海上风机结构系统自振频率解析解

海上风机结构系统频率是海上风机结构和基础设计考虑的关键因素之一,桩-土相互作用对海上风机结构系统频率影响显著。基于欧拉-伯努利梁理论和传递矩阵方法,考虑水-桩-土相互作用及塔筒变截面特性,建立单桩式海上风机结构系统横向振动自振频率特征方程;将桩-水相互作用等效为附加质量、桩-土相互作用等效为线性弹簧,变截面塔筒等效为多段均匀梁,利用MATLAB中fsolve函数求解固有频率。通过与有限元分析结果进行对比,验证本文方法精度与有效性,并将本文方法应用于实际工程中,研究桩基础埋深、上部质量、转动惯量和桩-水相互作用对单桩式海上风机结构系统自振频率的影响。     

高桩-混凝土承台式海上风电塔强振分析

对某个风电场的23座高桩-混凝土承台式海上风电塔进行了1年的强振监测,统计了其在台风、偏航冲击等作用力下的强振特性。监测数据分析发现:机舱对风向偏航时会引起塔筒强烈振动,且此类型强振现象持续时间达几十秒,有时振动加速度可超过10 m/s^2,每个月多达几百次;在某次台风作用下,塔筒的振动加速度接近10 m/s^2;施工船靠船时的碰撞引起塔筒的强振幅值接近15 m/s^2;通过分析风电塔1年运营期间的塔筒固有频率值,发现前3阶固有频率值、阻尼比未发现变化。监测结果表明:高桩-混凝土承台式风电塔在台风、机舱偏航,施工船碰撞时都会产生强烈振动。因此,机舱偏航和施工船碰撞引起风电塔的强振现象过于频繁发生,是风电塔疲劳损伤的重要因素。本文的研究成果可为此类型风电塔设计、运营安全监测及损伤诊断提供参考。