钢筋混凝土框筒结构振动台试验研究及有限元分析

本文通过几何比例为1:20的15层钢筋混凝土框筒结构的一系列振动台试验,分析了框简结构动力持性的变化规律,研究了单向(水平或竖向)和双向(水平与竖向)地震作用下框筒结构的动力反应以及框简结构的破坏机理,着重探讨了竖向地震对框筒结构地震反应的影响。本文还应用三维杆系有限元弹塑性动力分析程序HODYNA对所试验的框筒结构进行分析,并与试验结果比较。此外,还从理论上探讨了竖向地震对框筒结构破坏的影响,并取得与试验结果相同的结论。     

路堤荷载下水泥土桩复合地基沉降理论计算

基于路堤荷载下桩土非等应变条件和考虑了桩土相互作用、桩间土竖向与径向位移、桩土侧面产生相对滑移以及桩侧产生负摩阻力等特点的复合地基桩间土竖向变形模式,推导了水泥土桩复合地基桩间土沉降的理论计算公式,并以桩土单元体范围内的桩间土平均沉降值作为复合地基沉降,进一步推导了水泥土桩复合地基总沉降量、下卧层压缩变形量的理论计算表达式（两者之差即为加固区压缩变形量）。理论分析表明,复合地基加固区压缩量小于同深度天然地基压缩量,复合地基下卧层压缩量小于天然地基下卧层压缩量,复合地基总沉降量小于天然地基总沉降量。同时,理论计算结果与有限元计算结果以及现场实测结果三者比较一致。     

破碎机引起的钢-混凝土混合结构工业厂房振动测试与治理

某工矿企业破碎筛分车间为钢-混凝土混合结构厂房,布置有9台破碎机,且破碎机基础与主厂房结构没有脱开.破碎机的工作扰力导致结构振动严重.利用吊车冲击和地脉动现场实测了结构动力特性参数,而后测试了破碎机不同开启工况下的结构整体和设备基础的振动线位移,根据实测值评估了厂房的振动安全性.采用ANSYS(R)程序建立有限元模型,进行模态分析和谐响应分析,并与实测结果进行对比分析,以验证有限元模型的准确性,再预测破碎机改造后的结构振动位移大小.改造两台破碎机后再次进行了结构振动现场实测,改造后结构振动明显减小,测试结果与有限元预测结果基本一致.本文的振动测试和治理方法可以为类似工业建筑振动超限问题提供参考.     

武汉交通学校群楼爆破拆除塌落振动分析

为了分析一次性爆破拆除多栋建筑造成的地面振动的特征及对周边建筑物的影响,对武汉交通学校群楼爆破拆除中的地面振动进行了测量,并对实测的塌落振动的峰值、频谱特性进行分析。结果表明:此次监测记录到的峰值频率在5～10 Hz,对比高架桥以及单一高层结构爆破拆除数据,倒塌叠加使得振动能量在频谱上分布更加离散,其峰值频率与周边结构自振频率相差变大,周边建筑共振的危险性降低;对于周围的结构而言,水平振动持时大于竖向振动,但水平振动幅值明显小于竖向振动;爆破塌落振动的竖向分量对周围结构的威胁较大,应采取有效的缓冲及隔振措施;由《爆破安全规程》和周边建筑爆破前后主振频率分析可知,本次爆破拆除工作未对周边建筑造成破坏性影响,验证了群楼爆破拆除方案的高效性和安全性。     

错位转换层位置对高层建筑竖向构件受力性能影响的研究

作为一种新型转换层结构——错位转换层结构,其竖向位置的移动对高层结构在水平地震作用下竖向构件受力性能有何影响目前尚未见文献报道。采用有限元程序对高层带错位转换层结构进行了水平地震作用下的时程反应和反应谱分析．分析了上部转换层和下部转换层相对位置保持不变的情况下．整体改变错位转换层位置对结构地震作用、剪力及竖向构件内力的影响。分析研究发现。错位转换层整体位置的竖向移动对结构整体剪力、上部转换层下承托墙肢内力、上部转换层框支剪力墙内力影响不大．但对落地剪力墙、上部转换层下框支柱和下部转换层梁托柱内力有较大影响。     

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。     

多层隔震结构的竖向地震作用研究

国外对隔震结构竖向地震反应的观测结果和对隔震结构竖向地震作用计算的规定,都与我国抗震规范有较大差别。本文通过反应谱和时程分析,讨论了多层隔震结构的竖向地震作用取值及竖向地震作用效应,对我国抗震规范的有关规定作了探讨,认为除位于近断层附近的隔震建筑外,其它隔震结构的竖向地震作用可取与不隔震结构相同;对于多层隔震建筑,多遇地震下可不考虑竖向地震作用,在罕遇地震下,应对所有隔震结构验算支座是否受拉或失稳,并且组合时应计入竖向地震作用效应。     

应用调制原理实现建筑加层的新技术

本文以不附加原有建筑竖向和水平荷载为原则，提出了一种建筑加层新的结构设计方案。通过外包柱提供了加层附加荷载的竖向传力途径；利用隔震层、外包柱及加层结构对原结构动力响应的调制作用，保证了原结构水平地震响应不增加，因而保证在原结构不变的情况下，整体结构有足够的抗力和可靠性。本文对实际结构进行了加层设计，给出了计算分析结果。     

HPFL加固空斗墙抗震性能试验研究及有限元分析

通过9片HPFL(High Performance Ferrocement Laminate)条带加固空斗墙与5片未加固的对比墙体,在低周反复荷载下试验,研究采用不同的HPFL条带加固方式对不同砌筑方式、不同强度砌筑砂浆的空斗墙在不同竖向压应力下的抗震承载力和破坏形式的影响.采用有限元计算软件AN-SYS建立HPFL条带加固空斗墙的有限元模型,分析加固条带宽度、加固面层砂浆强度、加固层钢筋网格尺寸、砌筑砂浆强度、墙体高宽比和竖向压应力等因素对加固效果的影响.研究表明:HPFL条带加固法是一种提高空斗墙抗震性能的有效方法;加固条带宽度对HPFL条带加固性能的影响最大;加固面层砂浆强度的提高,墙体的抗震承载力随之提高;加固层钢筋网格尺寸加密,对墙体承载力提高较小;不同砂浆强度砌筑的墙体,HPFL条带加固效果的发挥情况有所不同;HPFL条带圈梁构造柱式加固方式对各种高宽比和各种竖向压应力下的空斗墙都是有效的.     

双向耦合地震作用下滑移隔震结构振动控制及其优化研究

目前,滑移隔震结构的分析通常只考虑水平地震动而不考虑竖向地震动的影响,有关多向地震动及其相关性的研究也很少。水平与竖向地面运动具有相关性,从而影响控制效果,因此对双向耦合地震作用下滑移隔震结构模型的理论进行研究,建立动力分析模型并得出运动微分方程。以6层滑移隔震结构为例,对其进行地震反应分析。研究表明,在考虑竖向地震作用的情况下,滑移隔震结构也具有良好的控制作用,但是竖向地震作用的存在使结构的地震反应有不同程度的增加,其增量随着竖向地震作用的增加而增加。因此,在高烈度地区的滑移隔震结构应该考虑竖向地震作用对结构的影响。建立滑移隔震装置的参数优化设计模型,采用IHGA程序对结构的重要参数进行优化设计。结果表明,滑移隔震结构在各种工况下的各项地震反应均得到更好的控制。     

Experimental investigation of railway train-induced vibrations of surrounding ground and a nearby multi-story building

In this paper, a field experiment was carried out to study train-induced environmental vibrations. During the field experiment, velocity responses were measured at different locations of a six-story masonry structure near the Beijing-Guangzhou Railway and along a small road adjacent to the building. The results show that the velocity response levels of the environmental ground and the building floors increase with train speed, and attenuate with the distance to the railway track. Heavier freight trains indu...     

Investigations on serviceability control of long-span structures under human-induced excitation

The increasing strength of new structural materials and the span of new structures,accompanied by aesthetic requirements for greater slenderness,are resulting in more applications of long-span structures.In this paper,serviceability control technology and its design theory are studied.First,a novel tuned mass damper(TMD)with controllable stiffness is developed.Second,methods for modeling human-induced loads are proposed,including standing up,walking,jumping and running,and an analysis method for long-span floor response is proposed based on a finite element model.Third,a design method for long-span floors installed with a multiple TMD(MTMD)system considering human comfort is introduced, largely based on a study of existing literature.Finally,a design,analysis and field test is conducted using several large scale buildings in China including the Beijing Olympic Park National Conference Center,Changsha New Railway Station and the Xi’an Northern Railway Station.The analytical and field test results show that the MTMD system designed using the proposed method is capable of effectively mitigating the vertical vibration of long-span floor structures.The study presented in this paper provides an important reference for the analysis of vibration serviceability of similar long-span floors and design of control system for these structures.     

超高层建筑风致振动的现场实测与数值模拟

通过采用现场实测和数值模拟方法,对某超高层建筑的风致振动特性进行研究。在建筑物顶部布置结构振动监测系统,对常态风和台风作用下的结构振动响应进行测量,分析加速度、位移幅值和结构的自振特性。以实测动力特性为基础,建立超高层建筑的等效气动弹性模型,采用平均风剖面入口,联合ANSYS和CFX对风场与建筑物的流固耦合振动进行数值模拟,得到不同顶部风速下,建筑物不同高度处的位移时程、气动力系数时程及频谱分析、尾流旋涡脱落模式。将数值模拟结果与现有的实测结果进行对比分析,表明该方法模拟流固耦合振动是可行的,并可为实际超高层建筑的抗风设计和舒适性计算提供技术依据。     

多层选煤厂房的受振层楼板振动分析

非设备层楼板的振动问题是工程中一种易发的振动事故,本文就多层选煤厂的非设备层楼板振动问题进行了研究,探讨了楼板振动产生的机理。文中提出了非设备层楼板振动分析的两步骤法:(1)通过对局部楼板有限元模型的模态分析,来定性判断楼板是否在设备的共振区,从而对楼板是否出现共振进行初步判断;(2)采用结构-设备复合系统三维动力有限元分析模型,对非设备层楼板的动力响应进行分析。实际工程算例的分析证明了该方法的有效性和合理性,该方法为选煤厂的非设备层的楼板振动研究提供了思路。最后,本文对多层选煤厂的非设备层楼板的设计提出了一些参考建议。     

地铁列车曲线运行引起学校建筑物振动响应分析

地铁以其快捷、准时、运量大等优点,已成为重要的轨道交通形式,但由此引起的环境振动问题日益突出。针对杭州市地铁3号线曲线地段的某中学建设工程,利用有限元软件ABAQUS,对车辆-普通整体道床轨道系统的竖向耦合模型进行振动响应分析,得到考虑轨道高低不平顺影响的轨道振动源强。应用有限元软件MIDAS GTS/NX,建立双孔平行曲线盾构隧道-土-桩-建筑物系统的三维有限元模型。以轨道支点力作为激励对地铁列车运行时的隧道-土-桩-建筑物系统的振动响应进行计算,研究地铁振动波在地层中的传播规律和建筑物的动力响应特性。根据相关环境振动控制标准对建筑物的振动舒适性进行评价。结果表明：轨道加速度和扣件动支点力的最大值分别约为40 m/s²和30 kN;地层和建筑物的振动以竖向为主,水平Y向振动略大于水平X向振动;地面加速度随着距隧道中心线距离的增加而逐渐衰减;各建筑物楼层的振动主频位于16~40 Hz;部分建筑物楼层的振动响应水平已超出了规范的限值要求,建议对地铁轨道或建筑物采取适当的减振措施。     

地铁车辆段试车线上盖建筑振动舒适度研究

地铁车辆段试车线区段的列车夜间运行车速较快,且行驶于上部建筑的立柱之间,振动由道床直接传递到建筑中,导致振动舒适度超标。以某地铁车辆段试车线上盖建筑为背景,建立基于舒适度评价的精细化有限元模型,结合实测数据核验模型准确性,分析楼板的振动规律。研究表明:楼板车致振动频率集中于楼板基频附近,最大振动出现在楼层中部;增大楼板厚度和混凝土强度使Z振级减小,设计时可适当加厚楼板;振动预测计算时需考虑隔墙和活荷载的影响,应禁止将隔墙拆除进行改装,拆除隔墙后楼板约束减少,自振频率降低,Z振级增大1~4dB。     

Computational simulation of slab vibration and horizontal‐vertical coupling in a full‐scale test bed subjected to 3D shaking at E‐Defense

This paper focuses on slab vibration and a horizontal‐vertical coupling effect observed in a full‐scale 5‐story moment frame test bed building in 2 configurations: isolated with a hybrid combination of lead‐rubber bearings and cross‐linear (rolling) bearings, and fixed at the base. Median peak slab vibrations were amplified—relative to the peak vertical shake table accelerations—by factors ranging from 2 at the second floor to 7 at the roof, and horizontal floor accelerations were significantly amplified during 3D (combined horizontal and vertical) motions compared with 2D (horizontal only) motions of comparable input intensity. The experimentally observed slab accelerations and the horizontal‐vertical coupling effect were simulated through a 3D model of the specimen using standard software and modeling assumptions. The floor system was modeled with frame elements for beams/girders and shell elements for floor slabs; the insertion point method with end joint offsets was used to represent the floor system composite behavior, and floor mass was finely distributed through element discretization. The coupling behavior was partially attributed to the asymmetry of the building that was intensified by asymmetrically configured supplemental mass at the roof. Horizontal‐vertical coupled modes were identified through modal analysis and verified with evaluation of floor spectral peaks.     

考虑人体舒适度的大型火车站房楼盖振动控制研究

近年来,各地纷纷兴建大型火车站房,这类建筑中的楼盖大多为大跨、轻质和低阻尼结构,本文基于人体舒适度考虑,对这些大跨楼盖进行振动舒适度的分析。首先,建立某大型火车站房的整体有限元模型,研究这类建筑中大跨楼盖的振动特性;随后,对楼盖在各种不利工况人群荷载作用下的振动舒适度进行分析;最后,在已有研究的基础上,提出了大跨楼盖多重调谐质量阻尼器（Multiple Tuned Mass Dampers,简称MTMD）减振设计方法。结果表明,利用该方法设计MTMD减振系统,可以有效地控制大跨楼盖的竖向振动,各工况下的平均减振率可达34%,从而使结构在使用时满足人体舒适度的要求。     

克拉玛依市通讯新村12号住宅楼风振原因及减振效果评价

从克拉玛依市通讯新村12号住宅楼所处的自然环境条件、风振测试、楼房风荷载计算等方面,分析了12号楼房动力特性、楼房风振影响程度以及引起楼房风振原因。造成克拉玛依市通讯新村12号楼风振的原因是,该楼楼房基础互不相连,整体性差,而且楼房楼层高,基础浅,抗风能力差;其次是结构突出的0.5 m纵墙外挑墙垛,增强了风振响应。对该楼房采取减振措施后取得显著的减振效果,减振率达82%。     

三维隔震(振)支座的工程应用与现场测试

首先介绍了一种新型三维隔震(振)支座,该支座由联接件、竖向隔振支座和水平隔震支座组成。竖向隔振支座和水平隔震支座具有较小刚度,采用该类型支座的隔震结构,其竖向基频和水平基频可远离地铁、铁路振动和地震的主频,从而实现竖向隔振和水平隔震作用。其次介绍了该三维隔震(振)支座在某一地铁平台上部结构中的应用情况,对该类型支座进行了竖向性能和水平性能试验。最后对三维隔震(振)结构与传统结构进行了地铁运行时结构振动的对比测试。测试结果表明:三维隔震(振)系统对振动的高频信号具有显著衰减效果。