昆明高(超高)层建筑环境振动特性实测与统计分析

对昆明16栋典型钢筋混凝土高层建筑物的振动特征(包括建筑物的固有频率、振型和阻尼比)进行观测与分析,对地震响应数值模拟研究,获取实测高层建筑物第一至第三振型及结构,计算第一至第二振型自振周期结果,采用数学线性回归方法,模拟得到昆明高(超高)层建筑结构实测第一至三振型和计算第一至第二振型周期公式,为类似建筑结构的设计提供经验和依据。     

Actual Measurement and Statistic Analysis of Ambient Vibration Characteristics of the High-rise (Skyscraper) Buildings in Kunming

对昆明16栋典型钢筋混凝土高层建筑物的振动特征(包括建筑物的固有频率、振型和阻尼比)进行观测与分析,对地震响应数值模拟研究,获取实测高层建筑物第一至第三振型及结构,计算第一至第二振型自振周期结果,采用数学线性回归方法,模拟得到昆明高(超高)层建筑结构实测第一至三振型和计算第一至第二振型周期公式,为类似建筑结构的设计提供经验和依据.     

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。     

均质岩石边坡自振周期及其估算方法研究

共振效应是导致岩质边坡破坏的主要原因之一.以均质岩石边坡为研究对象,采用大型有限元软件ADINA,探讨了建模对边坡自振周期的影响,研究了坡高、坡角、弹性模量及泊松比对边坡自振周期的影响,建立了边坡自振周期的估算公式.研究结果表明:采用有限元方法计算得到的边坡自振周期,与选取的计算范围和单元尺寸密切相关,并存在特征单元尺寸,即当单元最大边长小于等于特征单元尺寸时,计算得到的边坡自振周期趋于稳定,可视为准确值;边坡自振周期与坡高、坡角及泊松比成正相关关系,与弹性模量呈负相关关系;坡高和弹性模量对边坡自振周期的影响最为显著;所建立的估算公式具有较高的可靠性,可直接用于计算均质岩石边坡的自振周期.     

地面微倾斜可液化场地中地铁地下车站结构的地震反应研究

砂土液化造成了大量建筑物的破坏,但目前对砂土液化地基中地铁地下结构的地震反应研究相对较少,尤其对微倾斜液化地基中地铁地下结构地震反应的研究更为缺乏。基于有限单元法,采用已开发的砂土液化大变形动力本构模型模拟液化土层的剪切大变形,采用基于ALE(Arbitrary Lagrange-Euler)算法的有限单元网格动态自适应调整技术解决土体液化大变形发生后有限单元的畸变问题,建立了地面微倾斜液化地基中土体-地下结构非线性动力相互作用的数值分析模型,分析了地面倾角变化对地铁车站周围地基液化分布特征、车站结构周围土层侧移变形特征、地下结构上浮和应力反应的影响规律,揭示了微倾斜液化地基中地铁地下车站结构的地震反应特征。     

多层基础隔震房屋结构在水平地震力作用下的振动传递

文章将周期结构原理与导纳方法结合起来，分析了带复合结构单元的有阻尼的有限周期系统的波传播和振动特性，得到了有限周期结构自振频率的一般表达式。     

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。     

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。     

场地土对地震波的放大效应

基于几次大地震现象的启迪，分析在盆地效应的作用下，墨西哥城具特殊工程地质性质的软土，放大地震波，增强地震烈度，加重地震灾害。指出强震区场地土条件对地震动特性的影响可导致地基土的卓越周期与建筑物的自振周期产生共振，这一效应使自振周期较长的工程结构在地震力的作用下破损并导致建筑物彻底毁坏。研究震区盆地效应是服务于工程抗震工作的重要方面。     

岩溶区砌体建筑环境振动特性分析

当前地震动速度时程时域特性分析方法,仅能分析岩溶区地震动速度时程的振动周期、强弱程度与时间变动的问题,但未能准确计算岩溶区砌体建筑物自振频率,导致砌体建筑环境振动特性分析结果存在误差。深入研究岩溶区砌体建筑环境振动特性分析方法,构建混凝土损伤塑性模型,分析岩溶区砌体建筑材料的屈服(受压)应力-非弹性应变关系、开裂(受拉)应力-非弹性应变关系和损伤因子;采用贝叶斯方法检测岩溶区砌体建筑受压受拉时的自振频率,通过L-M神经网络法消除自振频率后,使用振动特性分析方法准确分析岩溶区砌体建筑环境振动特性。实验结果表明,所提方法分析准确率高达0.99,分析16栋岩溶区砌体建筑环境振动特性耗时仅有5 ms,具有较高的分析精度和效率。     

基于MLS形函数处理边界的电阻率法有限单元正演模拟

电阻率法有限单元正演模拟中,采用第三类边界条件时为保证精度仍要求较大范围的计算域.无单元法为地球物理领域的新兴正演模拟方法,其计算效率低,但其中采用的移动最小二乘(MLS)形函数相比于有限单元法形函数具有良好的连续性,模拟精度高.本文将MLS形函数应用于电阻率法有限单元2.5维正演的第三类边界条件处理,提出电阻率法有限单元-移动最小二乘(FEM-MLS)耦合正演方法.通过不同正演方法的模型算例模拟结果对比,验证了本文算法的有效性,并讨论了各个参数选择对模拟结果的影响.本文数值模拟结果表明采用第三类边界条件时,在同等计算精度前提下,FEM-MLS耦合法相比于有限单元法可进一步缩小计算域并提高了计算效率,相比于采用较大计算域满足边界条件的有限单元法计算效率提高了约一倍,相比于采用相同小范围计算域的有限单元法平均精度提高了约一倍.     

圆弧状凹陷地形对平面SH波散射问题闭合形式的解析解

局部不规则地形对地震波散射问题是地震工程学重要的研究课题,其研究成果对于揭示地震动强度以及地震震害程度的空间分布不均匀性的物理机制具有重要的理论价值,而且其定性与定量的结果对于一些大尺度工程(如大跨度桥梁、长输管线等)的抗震设计具有一定的指导意义.该问题的理论研究方法通常有数值法和解析法.数值法包括有限差分法、有限单元法、边界单元法、离散波数法、以及各种混合方法;解析法中应用最为广泛的是波函数展开法.     

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.     

在冲击振动下烟囱模型裂缝出现位置的实验研究

本文介绍在振动台上的烟囱模型经受横向冲击后产生多道裂缝、再现地震震害现象的试验。文中给出了裂缝位置与振动台自振周期的关系以及最高裂缝的高度与烟囱和台面两者的基本周期之比的关系。 实验结果表明,在冲击振动下烟囱模型一般产生2—4条裂缝,它们是自上而下逐步出现的;在多次冲击作用下,烟囱裂而不倒;只有在更大冲击的作用下,烟囱才出现“掉头”现象,碎块散落在烟囱四周。这与震害现象极为相似。实验证明水平地震力完全可以解释烟囱的震害现象。     

土-结构动力相互作用结构自振周期的研究

土与结构动力相互作用(简称SSI)存在于大多数的建筑物,在普通结构设计中,并没有考虑SSI,这和缺少一种简单有效的计算方法有关.通过调整结构的自振周期,可以很好地考虑SSI,实际情况是,一般的计算方法都偏于保守,计算结果与实测结果的误差离散性比较大.土是非线性很强的材料,结构振动过大,土容易进入非线性状态,使得计算变得复杂.找出由于土的非线性导致结构自振周期的增大的规律,对于实际工程很有意义.本文通过对刚性基础与土槽中柔性地基上的钢框架模型进行激振,分别测得上部结构在不同刚度以及不同激振加速度时的结构自振周期.并根据实验结果,拟合结构自振周期与激振加速度、上部结构与地基相对刚度比的关系.通过拟合后的公式对两个文献中的试验模型的自振周期进行计算,结果显示,本文拟合的公式能很好的考虑土的非线性,有效地减少简化模型计算与实测的差别.     

高柔构筑物的地震荷载

采用反应谱原理计算结构物地震荷载时,首先必须求得结构的自振周期,振型及阻尼。十分明显,结构的前几个自振型对地震荷载的影响是主要的,尤其是基本振型作用是决定性的。我国工业与民用建筑抗震设计规范TJ11—78规定对于高度超过150米的高柔构筑物,当计算地震荷载产生的结构内力(弯距、剪力或轴向力)时,一般只须考虑前1～3个振型。但是,高振型的影响应如何考虑,计算高耸结构物地震荷载时仅计算前三个振型是否足够准确,这些问题都值得深入探讨。现今土建设计日益广泛使用电子计算机,通过大量的计算分析是可以把上述问题弄清楚的。     

电导率连续变化的三维电阻率测深有限元模拟

针对地下岩矿石的物性参数常常是连续变化的情况,给出了电导率分块连续变化的三维地电断面电阻率测深的有限元数值模拟方法. 首先列出了三维地电断面点源电场的变分问题;然后利用有限单元法解变分问题,采用六面体单元对研究区域进行剖分,对电导率及电位均用三线性函数进行插值;并对2例模型进行了计算,将其结果与二维有限单元法的情况进行了对比,提高了精度.     

瞬变电磁法正演计算进展

详细介绍了瞬变电磁法正演计算的方法、现状和发展趋势.瞬变电磁法一维正演计算需要将电磁场从频率域转换至时间域,转换方法有三种,分别是Gaver-Stehfest算法、余弦变换和Guptasarma算法.在这三种方法中,使用较多的是Gaver-Stehfest算法和余弦变换,Gaver-Stehfest算法速度较快,但精度不及余弦变换.瞬变电磁法的数值模拟主要集中于2.5维和三维,使用的数值计算方法有积分方程法、有限差分法、有限单元法和SLDM法.积分方程法主要在三维数值模拟中使用,现已很少使用;有限差分法和有限单元法是目前瞬变电磁法2.5维和三维数值模拟的主要方法;SLDM法主要应用于三维数值模拟.我国瞬变电磁法正演计算成果主要集中在回线源激发的瞬变电磁场一维数值计算和利用有限单元法进行2.5维和三维数值模拟.瞬变电磁法正演计算的发展趋势有:数值算法的改进、提高计算效率和研究地形对瞬变电磁场的影响规律.     

关于烟囱的地震反应

本文就烟囱的地震反应讨论了竖向振动与水平振动的相对重要性。首先,作者分析了烟囱的震害现象,认为水平振动也可以产生多道水平裂缝和扭转变位。然后,从地震动的水平与竖向的卓越周期及其与烟囱自振周期之间的关系,以及水平与竖向地震动加速度最大值之比这两个方面,着重说明烟囱的地震反应在竖向是以结构的竖向第一振型为主,水平向则以结构的水平向高振型为主;而且,在一般情况下水平振动对烟囱的危险性更大,只有在地震动卓越周期很短、而且竖向分量又持别大时,竖向反应才有可能接近水平向反应。最后,又从房屋的强震观测结果说明了这一点。     

大地电磁二维有限元正演过程和编码

数值模拟是地球物理中重要的研究方法,针对复杂的正演问题,一般情况下不存在解析解,数值模拟方法则是一种有效的手段.有限单元法(简称有限元法)是数值模拟的一种重要方法,其优点是适用于物性分布复杂或者是几何特征不规则的地球物理问题.目前有限元法已经应用到大地电磁测深正演中,但是有关文献对其具体应用推导过程中单元刚度矩阵和单元节点编码方面描述较少.单元刚度矩阵是有限元分析中基本方程的系数矩阵,节点编码是将理论进行编程的重要环节.因此本文针对有限元大地电磁二维问题的正演过程,详细反复推导和描述其过程,给出正确结果.特别是清楚描述了单元刚度矩阵的计算过程及单元节点编码与整体结构中节点编码的关系,这对实现有限元正演的编程具有重要的意义.