弦支穹顶屋盖结构的风振响应研究

弦支穹顶屋盖结构的自重较轻,风荷载作用是结构设计的控制因素,应当对其风振动力响应进行研究.本文采用AR法并结合MATLAB软件对某体育馆椭圆形弦支穹顶屋盖结构的风速时程进行模拟分析,然后进行结构风振响应时程的有限元分析,得出了结构的风振系数和一些有意义的结论:其节点位移风振系数为1.74,位移风振系数随着初始预应力水平的增大而增大;风振响应过程中,拉索的预应力有所降低,靠近结构中心位置拉索的预应力损失率比靠近外部的大;初始预应力越大,预应力损失率越小;弦支穹顶结构环索预应力水平的降低会对结构的风振响应有不利的影响;弦支穹顶屋盖结构只考虑等效静力风荷载作用的结构抗风设计偏于不安全,应当考虑脉动风的作用.     

摩擦摆隔震双层球面网壳结构的多维地震响应

将摩擦摆(FPS)引入到网壳结构的隔震控制中。文中首先阐明了FPS的工作机理和本构关系,建立了FPS隔震网壳结构的振动方程。通过双层球面网壳结构的数值算例考察了隔震和无控结构在单向和三向地震作用下的振动响应以及FPS的控制效果。研究结果表明,FPS具有良好的隔震和耗能效果,可有效地应用于球面网壳结构的振动控制。     

网壳结构的二维地震响应分析

网壳结构是空间结构中常见的结构形式,利用ANSYS有限元分析方法对局部双层网壳结构进行了地震作用时程分析计算,得到了结构杆件的内力、节点和位移,对结构动力响应在线性、几何非线性及几何和材料非线性情况下进行了分析对比,分析结果表明:网壳结构在二维地震作用下应该考虑几何和材料非线性的影响.     

球面网壳结构的分段式多维隔震控制

球面网壳结构是典型的大跨度空间结构,地震时水平和竖向地面运动分量对其地震响应的影响均十分显著。为了提高网壳结构的抗震性能,可采用支座型隔震装置形成分段式多维隔震机制。在这类多维隔震体系中,碟形弹簧支座可用于结构的竖向隔震,同时,可将其与适用于水平隔震的摩擦摆(FPS)或SMA-橡胶支座配合使用。基于上述概念设计,提出了水平和竖向隔震装置的构造和计算模型。进而,根据网壳结构多维隔震的动力方程,开展了El Centro波作用下双层球面网壳和单层球面网壳结构多维隔震控制的数值模拟。计算结果表明,多维隔震球面网壳结构的杆件内力、加速度和位移的减振效果能达到50%以上,验证了所提多维隔震技术对保护球面网壳结构免遭地震破坏的有效性。     

混沌遗传算法在高层结构风振控制优化中的应用研究

将混沌遗传算法(Chaos Genetic Algorithm,简称CGA)引入高层结构的风振控制优化中,对采用黏弹性阻尼器来控制风振响应的高层结构进行参数优化;用Matlab语言编制了均布法、迭代法、简单遗传算法(Simple Genetic Algorithm,简称SGA)和混沌遗传算法的风振控制优化分析程序;对9个高层结构进行风振控制优化,对比了算法程序的计算效率以及无控、均布、迭代、SGA和CGA工况下的结构风振响应。研究结果表明:混沌遗传算法可以应用于高层结构风振控制优化之中;混沌遗传算法的计算效率比简单遗传算法最高提升了29%;经混沌遗传算法优化后,黏弹性阻尼器附加给结构的附加阻尼比与均布和迭代相比最高分别提高了61%和22%,CGA工况的顶层加速度响应与均布和迭代法相比最高分别减小了14%和12%。为高层结构风振控制优化研究提供了新思路,具有一定的理论价值和实际意义。     

凯威特K8型单层球面网壳结构稳定分析

以70 m跨凯威特K8型单层球面网壳为研究对象,采用ANSYS建立计算模型并进行稳定分析,得到关于网壳稳定安全系数,不同位置计算长度系数以及考虑材料非线性和几何非线性的网壳极限承载力,为工程结构设计提供理论依据。     

大跨开合屋盖风荷载与风致响应试验与数值计算研究

为研究屋盖开孔对大跨结构风效应的影响,在边界层风洞中开展了大跨开合屋盖刚性模型风洞测压试验,分析了结构表面风荷载分布特征,基于时域分析法研究了屋盖开合对风致响应的影响。结果表明:大跨结构模态密集,第一阶模态能量最大,高阶成分的贡献不容忽视;屋盖开洞能有效的减小屋面风荷载,降低位移响应与加速度响应,减小风振系数。研究结果可为大跨开合屋盖风荷载设计提供参考。     

基于风速时程的体育场挑篷结构风振响应分析

依据自回归(AR)法,确立了考虑风速时程空间相关性的模拟方法,并利用Matlab语言编制了相应的程序。基于上述方法,模拟了某体育场挑篷结构的风速时程,并对所得风速时程离散值进行数理统计分析,结果表明模拟谱与目标谱吻合较好。根据结构风振响应分析的需要,将模拟风速转变为风荷载对结构进行时程分析,获得了结构风振响应,为结构抗风设计提供依据。计算表明,基于风速时程的结构风振响应分析方法可有效分析体育场挑篷的风振响应。     

双层球面网壳动力失效分析及地震损失评估

双层球面网壳结构是一种缺陷敏感型结构,影响结构动力失效的初始缺陷主要有杆件的初弯曲、杆件的残余应力和结构节点的初始安装偏差3种。本文首先利用有限元软件ANSYS的二次开发功能开发了可以考虑初始弯曲和残余应力的杆单元,接着利用动力增量法(IDA)系统地研究了这3种缺陷对结构动力失效的影响,最后总结提出了考虑缺陷的双层球面网壳结构的抗震损失评估方法。     

多点冲击荷载作用下K6型单层球面网壳结构失效机理分析

为研究单层球面网壳结构在多点冲击荷载作用下的失效机理,在ANSYS/LS-DYNA中建立了60m跨度的Kiewitt 6型单层球面网壳结构的有限元模型,将整个网壳结构沿肋杆分成6个不同扇区,沿环杆分成5个不同环区,分别对网壳结构在同一环区和同一扇区受到多点冲击时的动力响应及冲击全过程能量传递的规律进行了分析研究。基于网壳结构失效变形特点,定义了多点冲击荷载作用下单层球面网壳结构的4类失效模式;根据整个冲击过程中能量的传递特点,揭示了单层球面网壳结构每类失效模式所对应的失效机理。     

组合网壳屋盖结构风振响应分析及等效静风荷载

结合惠州会议展览中心风洞试验结果,对波浪形组合网壳结构的风荷载和风振响应进行了分析,包括：24个风向角下屋盖荷载分布特性分析;结构整体和局部的自振特性分析;根据风洞试验结果对6个风向角（0°、30°、45°、90°、135°和180°）进行结构的风致动力响应分析。根据风振响应分析结果,基于响应的不同振动特点,提出将屋盖结构分为独立屋盖结构、屋盖结构两端挑棚结构和整体屋盖结构3个部分,指出对这3部分最不利的风向角分别为0°、30°、90°。最后综合考虑各个风向角下结构的响应及风振系数,给出了最终的风振系数建议值。     

大连国贸大厦高层水箱风振控制研究及应用

本文针对一实际工程结构———大连国贸大厦,研究了风荷载作用下调液阻尼器的减振控制作用。首先建立了该结构的简化计算模型,利用Davenport谱给出了模拟风荷载。在大厦所处位置进行多次测量,得到实际风速样本。选取其中风速较大、过程平稳的样本,对实测样本和模拟样本的频谱进行比较,验证了模拟风荷载的合理性。文中将大厦顶层的生活水箱设计成可减小结构位移及加速度反应的控制装置TLD(tuned liqu id damper),根据不同工况进行数值计算,选出最佳方案,设计出可实际应用、并达到一定减振效果的减振水箱,以提高大厦在风荷载作用下的舒适度。     

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。     

Research on wind-induced responses of a large-scale membrane structure

The wind-induced responses of a large-scale membrane structure, Expo Boulevard, are evaluated in this study. To obtain the wind pressure distribution on the roof surface, a wind tunnel test is performed. A brief analysis of wind pressure on the membrane roof is conducted first and then an analysis of the wind-induced responses of the structure is carried out using a numerical integral method in the time domain. In the process of calculation, the geometrical nonlinearity is taken into account. Results indicate that mean, RSM and peak values of the structure responses increase nonlinearly while the approaching flow velocity increases. Strong nonlinear characteristics are observed in the displacement responses, whereas the responses of nodal stress and cable axial force show minimal nonlinear properties when the membrane structure is subjected to wind loads. Different values of the damping ratio only have a minimal impact on the RSM response of the structure because the background component is a dominant part of the total dynamic response and the resonant component is too small. As the damping ratio increases from 0.02 to 0.05, the RMS responses of vertical displacement, nodal stress and cable axial force decrease by 8.1%, 6.7% and 17.9%, respectively. Since the mean component plays a significant role in the wind-induced response, the values of the gust response factor are not high for Expo Boulevard.     

Effects of high modes on the wind-induced response of super high-rise buildings

For super high-rise buildings,the vibration period of the basic mode is several seconds,and it is very close to the period of the fluctuating wind.The damping of super high-rise buildings is low,so super high-rise buildings are very sensitive to fluctuating wind.The wind load is one of the key loads in the design of super high-rise buildings.It is known that only the basic mode is needed in the wind-response analysis of tall buildings.However,for super high-rise buildings,especially for the acceleration response,because of the frequency amplification of the high modes,the high modes and the mode coupling may need to be considered.Three typical super high-rise projects with the SMPSS in wind tunnel tests and the random vibration theory method were used to analyze the effect of high modes on the wind-induced response.The conclusions can be drawn as follows.First,for the displacement response,the basic mode is dominant,and the high modes can be neglected.Second,for the acceleration response,the high modes and the mode coupling should be considered.Lastly,the strain energy of modes can only give the vibration energy distribution of the high-rise building,and it cannot describe the local wind-induced vibration of high-rise buildings,especially for the top acceleration response.     

考虑土-结构相互作用双层柱面网壳在多点输入下的地震反应分析

目前对于网壳结构的地震反应研究大部分仍然采用一致输入,特别是没有考虑土-结构相互作用对网壳结构的影响。本文通过对大型有限元分析软件MSC.Nastran的二次开发,用等效线性化方法考虑土体的非线性,对土体采用三维实体单元建模,并对土体在基岩面上采用地震动的多点输入,计算分析了大跨度双层柱面网壳的动力反应,并且与一致地震动输入下网壳结构的地震反应进行了对比,考察了两者之间的差异,深入分析了考虑土-结构相互作用下,双层柱面网壳结构在多点输入和一致输入下的地震反应规律,并得出了一些重要结论。     

Strength failure of spatial reticulated structures under multi-support excitation

Under strong earthquakes, long-span spatial latticed structures may collapse due to dynamic instability or strength failure. The elasto-plastic dynamic behaviors of three spatial latticed structures, including two double-layer cylindrical shells and one spherical shell constructed for the 2008 Olympic Games in Beijing, were quantitatively examined under multi-support excitation (MSE) and uniform support excitation (USE). In the numerical analyses, several important parameters were investigated such as the peak acceleration and displacement responses at key joints, the number and distribution of plastic members, and the deformation of the shell at the moment of collapse. Analysis results reveal the features and the failure mechanism of the spatial latticed structures under MSE and USE. In both scenarios, the double-layer reticulated shell collapses in the "overflow" mode, and the collapse is governed by the number of invalid plastic members rather than the total number of plastic members, beginning with damage to some of the local regions near the supports. By comparing the numbers and distributions of the plastic members under MSE to those under USE, it was observed that the plastic members spread more sufficiently and the internal forces are more uniform under MSE, especially in cases of lower apparent velocities in soils. Due to the effects of pseudo-static displacement, the stresses in the members near the supports under MSE are higher than those under USE.     

高层建筑在连续振动下的壁板结构失稳定BIM模型设计

为了提高高层建筑壁板结构的抗震性,需设计高层建筑在连续振动下的壁板结构失稳定BIM模型。应用软件:通过Revit塑造高层建筑模型和结构模型,结合SAP2000建模性能塑造高层建筑结构的有限元实体模型,实现高层建筑模型的转换,设计BIM模型的IFOD软件总体结构,实现BIM模型的智能化管理。参数:在BIM模型的基础上,分析了连续振动下高层建筑壁板结构风致响应,给出高层建筑壁板结构的平均风响应、脉动风响应,得出高层建筑壁板结构位移,实现了高层建筑在连续振动下的壁板结构稳定性分析。实验:实验结果说明,所设计BIM模型可对连续振动下的高层建筑加速度时程以及位移时程进行准确分析,且相比传统方法,本文方法对高层建筑在连续振动下的壁板结构是否失稳判断结果比较准确。     

基于CSI效应的直线电机驱动塔系结构风振控制研究

控制系统与结构振动的相互作用(Control Structure Interaction,简称CSI)广泛存在于结构与主动控制系统之间,然而目前在直线电机驱动的塔系结构风振控制研究中往往没有充分考虑CSI效应,使得理论控制效果与实际控制效果存在偏差。为了考察CSI效应对塔系结构风振控制的影响,首先以电磁驱动AMD系统"电-力-运动"相互关系模型为基础,建立考虑CSI效应的塔系结构直线电机驱动AMD风振控制系统模型;其次综合权衡计算效率和控制精度的关系,选取考虑低阶CSI效应模型以及最经典的LQR控制算法。在此基础上,对该塔系结构确定是否考虑CSI效应进行相应的控制分析。结果表明,CSI效应在塔系结构风振控制中起着重要的作用,制定与实际工程结合更佳的直线电机驱动AMD系统风振控制方案中需要考虑CSI效应,为以后在实际工程中推广应用提供一种新思路。     

屋盖悬挑端加固减振试验研究

大跨网架屋盖挑檐部分风致响应较大,提出附加杆件、粘弹性阻尼器及粘滞阻尼器三种加固减振方法。设计制作正置四角锥体单元空间网架足尺子结构试验模型,基于带悬挑平屋盖风压分布风洞试验数据,对三种加固足尺子结构试验模型进行不同风向角下风荷载时程的加载。分析结构风致加速度与位移响应,结果表明:附加杆件加固后网架刚度增大,加速度响应增大,位移响应减小;附加粘弹性阻尼器,结构加速度与位移响应均降低;附加粘滞阻尼器,结构加速度响应减小,位移减小效果不明显。