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。     

地球磁层顶湍动重联的数值模拟

用二维磁流体力学数值模拟研究了磁层顶的磁场湍动重联．提出了一个新的磁场湍动重联模型．数值模拟表明，如果磁层顶是一个开放系统并同时存在磁场剪切和流场剪切，当雷诺数和磁雷诺数超过某临界数值时，磁场重联具有很强的湍动特性，可产生许多不同尺度的磁岛和涡旋结构．随着雷诺数和磁雷诺数的增大和减小，大尺度结构能破碎成中小尺度结构，小尺度结构也能合并成大中尺度结构．湍动重联是涡旋诱发重联在一定条件下的过渡．依据本文的模拟结果，我们预言：磁层预可发生准定常重联、瞬时局地重联和湍动重联等多种重联过程；大中小不同尺度的结构都可以存在于磁层顶；湍动重联及其所产生的中小尺度结构在太阳风－磁层的能量、动量和质量耦合过程中可起重要作用．     

利用振动法测量预应力体外索的索力

为了能够利用振动法测量316国道洪塘大桥预应力体外索的索力,本文根据理想弦的振动方程以及梁的横向振动方程,建立起有灌浆预应力体外索索力的计算模型,该计算模型中含有两个权重系数λ1、λ2。利用该桥体外预应力索的模型实验数据,通过最小二乘法拟合出系数λ1、λ2并得到体外索索力的计算公式。误差分析表明该体外索索力计算公式误差小,可以用于洪塘大桥体外索索力计算以及该桥体外索长期健康监测。     

大跨斜拉桥桥面风致抖振的粘滞阻尼控制分析

现代大跨度斜拉桥结构重量轻、阻尼小,因而对风的作用比较敏感。紊流风诱发桥梁过大的抖振响应会危及行车、行人的舒适和安全。本文利用有限元软件ANSYS,以山东滨州黄河公路大桥为例建立了大跨斜拉桥三维空间有限元模型,在全桥动力特性分析的基础上,利用混合自回归模型模拟桥梁脉动风荷载,并进行了自激力的时域化处理,重点分析了桥面侧向抖振响应;通过对粘滞阻尼器力学特性的分析,提出了在桥塔和主梁之间安装与桥面成45°的粘滞阻尼器来控制桥面侧向抖振响应的方案,并分析了不同阻尼系数时的控制效率。研究结果表明:在侧向风力的强迫作用下,桥面侧向抖振响应不可忽视;粘滞阻尼器控制下,桥面抖振响应显著减小,各主要构件内力均无明显增加,且随着阻尼系数的增大,减振效率显著增大,阻尼器的出力也增大,但当阻尼系数达到一定值后,减振效率的增大趋于平缓,存在一个经济合理的最优值。     

L形和U形三维钝体结构绕流的数值模拟研究

采用大涡模型对L形和U形三维钝体建筑物的绕流特性和风压分布特性进行数值研究。考虑平均和脉动速度入口边界,在雷诺数为1.5×10~5～7×10~5条件下,对2种钝体的9种分析工况进行瞬态动力分析,并将计算结果与已有研究进行对比。研究表明,钝体绕流对周围流场影响的强弱程度依次为尾流区、屋顶区、来流区,影响大小随着流场与钝体之间距离、钝体建筑高宽比、离地高度的增大而减小,且对来流区0.25H、屋顶上部0.4H、左右两侧0.5H、尾流区2.0H范围内流场的影响最大;钝体迎风面风压分布比较均匀,而侧面、背面和顶面受绕流涡旋的影响较大,平均风压分布较为复杂,并与脉动风压分布具有类似的变化趋势。研究结果对结构抗风设计与建筑风环境设计具有一定的参考价值。     

北方某大跨钢管混凝土拱桥动力特性分析

针对北方某钢管混凝土拱桥东拱肋拱顶合拢高度比设计标高(35.017m)低0.30m,西拱肋拱顶合拢高度比设计标高低0.44m的问题,采用ANSYS软件对其建立空间有限元计算分析模型,并用子空间迭代法对结构进行了模态分析,得到了结构的自振频率和振型.由计算结果可知:该拱桥横向刚度小于纵向刚度,结构横向可能成为薄弱环节;结构的振型多次出现局部振动的特征,表明拱肋和桥面连接较弱.计算结果对该拱桥的检测、维修、改造具有重要价值.     

轴向变形对拱自振频率影响的样条有限点法

提出用样条有限点法计算拱的横向振动和纵向振动的最小频率。用3次B样条函数的线性组合模拟拱自振时的位移振型函数,根据Hamilton原理推导出了拱结构自由振动频率方程。通过实例验证了样条有限点法计算效率高、精度高、计算格式简单,较有限元法具有很大优越性。计算分析了轴向变形对横向振动最小频率的影响,提出了临界矢跨比的概念。考虑轴向变形时不仅频率系数的大小发生了变化,同时它的变化规律也与原来不同。当结构的矢跨比小于临界矢跨比时,横向振动最小频率较不计轴向变形时减小,随着矢跨比的增大逐渐增大;当结构的矢跨比大于临界矢跨比时,横向振动最小频率较不计轴向变形时增大,随着矢跨比的增大逐渐减小。由此给出了目前广泛使用的横向振动最小频率曲线的适用范围,同时建立了纵向振动频率计算用曲线。     

冷弯型钢活动板房的横向人致结构振动分析

冷弯薄壁型钢结构因其轻质高强且易装配的优点而被广泛应用于工程建筑领域,但由于结构轻质、阻尼小的特性,横向人致振动就可能会导致舒适度问题。文中根据横向步行荷载模型中各随机因素的概率分布,结合Monte Carlo模拟法获得荷载样本曲线,基于荷载样本曲线的反应谱分析作出横向步行荷载加速度反应谱包络线,采用振型分解法研究冷弯薄壁型钢活动板房的“糖葫芦串”模型,给出冷弯薄壁型钢活动板房楼板在横向步行荷载作用下加速度响应的反应谱计算方法。并通过工程实例现场测试,验证反应谱分析法的可行性,其中基于峰值反应谱95%保证率和均方根反应谱75%保证率的计算结果与实测结果较为接近。实测结果和计算结果均表明,轻钢结构板房在振动舒适度设计中需要考虑横向人致振动的影响。     

双层板桁钢梁应力分析

以跨度最大的双层斜拉桥闵浦大桥为背景,研究了双层板桁钢梁桥面板的受力特性,阐述了精细壳单元与梁单元结合的整体有限元模型,并分析了上、下桥面间腹杆的受力特性与桥面板的应力分布特性;采用桥面纵横梁间带U肋精细桥面模型,分析了桥面板和U肋在车辆荷载作用下的应力分布。研究表明,上、下层桥面横桥向应力小于纵桥向应力,并且横桥向应力的不均匀性明显大于纵桥向;车轮荷载作用下,正交异性桥面板应力分析时,荷载位置对纵横向应力峰值的影响很小,并且横桥向应力起控制作用,峰值均出现在U肋与顶板交接处。     

全埋入单桩基础横向振动模态正交性研究

采用Timoshenko梁模型作为挠曲波在全埋入单桩基础中的传播模型,根据频域中全埋入单桩基础横向振动时的运动微分方程,结合各节点的力平衡、位移协调方程及局部对偶坐标系中内力及位移的对偶变换关系,严格推导全埋入单桩基础横向振动的模态正交性条件。以回传射线矩阵法为基础,求解全埋入单桩基础横向振动的自振频率、衰减系数及不同自振频率所对应的模态,并通过具体算例验证全埋入单桩基础横向振动模态的正交性条件公式推导的正确性。     

桥墩-梁体系横向半主动变阻尼控制研究

针对桥梁横桥向抗震条件相对较差的情况,提出利用变阻尼控制装置对典型桥梁结构横向振动进行控制的方法,探讨其基于LQR算法的半主动控制效果.将被控结构作为多自由度体系,建立了结构-变阻尼系统力学模型和运动微分方程,进而结合实例利用 Matlab软件仿真分析了各种半主动控制算法和被动控制策略的控制效果.研究结果表明:采用半主动变阻尼控制装置有效的降低了桥梁结构横向地震反应,控制效果明显.     

非对称管 土边界的海底悬跨管道涡激振动特性

海底悬跨管道涡激振动问题十分复杂,需考虑流 管-土多场耦合效应。本文将悬跨管线简化为Euler-Bernoulli梁,两端跨肩管-土作用与线弹性弹簧和扭转弹簧近似,采用Van der pol方程描述旋涡脱落的尾迹特性。利用模态正交性对流-耦合控制方程进行解耦,采用龙格-库塔法进行数值求解,重点分析非对称边界对海底管道涡激振动特性的影响。计算结果表明：非对称边界条件对最大响应幅值影响不大;约束条件越强烈,模态激发越难,响应频率越高。     

大跨度柔性屋盖风振中流固耦合分析的强耦合方法

本文针对大跨度柔性屋盖风振中流固耦合作用的特点,介绍了一种计算黏性不可压缩流体与经历大变形非线性结构之间流固耦合作用的强耦合方法。本文将伪实体弹性模型引入到流固耦合问题的流体域中处理其变形,使流体和固体形成整体耦合,推导了计算流固耦合问题的整体式方程,并用Newton—Raphson法求解。文中首先用经典圆柱绕流证明了该方法的有效性,并利用该方法计算了一大跨度柔性屋盖风振的流固耦合问题,结果与已有文献中的结果符合良好。因此证明本文提出的强耦合方法用于计算大跨度柔性屋盖风振流固耦合问题是准确可行的。     

门源6.4级强震前地震活动时间的分维结构

本文应用分维概念与方法,引入度量地震活动时间不均匀结构的物理量D对门源地区(37—38°N,101°30′—103°E)1970—1985年地震活动的时间结构进行了初步分析。发现门源6.4级强震前D值随时间系统减小,表明愈接近强震发生时间,该地区地震活动的时间结构愈不均匀,即对称性破缺或有序性增强,其有序性具有多层次嵌套的自相似特征。     

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。     

提篮拱桥空间动力性能分析

以平顶山市湛河二桥为工程背景,采用有限元程序ANSYS建立该桥的空间有限元计算模型,对其进行了动力特性分析.计算结果表明:该桥拱肋的横向刚度较桥梁的竖向刚度和扭转刚度弱,桥梁首先出现拱肋的横向振动,拱脚位置处易发生拱肋的局部横向振动,是全桥的动力薄弱部位;桥梁前几阶自振周期较长,在结构抗震设计采用振型叠加法计算时,应考虑多阶振型,以减少质量缺损带来的影响;桥梁各个构件空间协作能力较强,具有良好的整体性能.所得结论可为类似桥梁设计提供参考.     

基于车辆响应的连续梁桥振型识别数值模拟及影响参数分析

采用过桥车辆振动响应识别桥梁自振特性的间接测量法能够避免传统动载试验测量桥梁振型方法所存在的操作复杂和成本较高等缺点.采用数值模拟的方法,根据车桥耦合振动理论和桥梁振型间接测量法基本原理,对实际工程某连续梁桥建立车辆与桥梁耦合振动的有限元模型,采用双轴半车模型模拟测量车辆,提取车辆匀速通过平整桥面时车辆振动加速度时程响...     

混凝土单桩对瑞利波的阻隔机理试验研究

通过室外试验的方法绘制相对加速度的二维等值线图,并依据桩周土体的振动情况进行区域划分,进一步研究单桩几何尺寸变化时其周围土体振动区域的变化情况.结果表明:单桩桩前、桩两侧存在振动加强区,桩前的振动加强现象更强,以桩角处尤为明显;当桩长与波长的比值在0.109～0.840时,隔振区、反射区的面积增长幅度较大,而绕射区的面...     

德雷克海峡的打开对海洋环流的影响——基于一个箱式模型的研究

本文研究了德雷克海峡的打开对海洋环流的影响.德雷克海峡未打开时,南半球中高纬度之间风应力旋度产生的流涡促进了中高纬度之间的热量交换;德雷克海峡打开后,南极绕极流(ACC)形成,绕极流区的强锋面阻隔了南半球低纬度向高纬度的热量传输.基于以上认识,本文利用一个箱式模型分析了德雷克海峡闭合时的风应力和打开时的海洋温度锋面分别对南极底层水(AABW)和北大西洋深层水(NADW)形成的影响.实验发现:(1)德雷克海峡闭合时,风应力产生的流涡强度增大,可导致AABW形成减少、NADW形成增多;南半球高纬度增温,整个大洋底层水的温度也同时升高.(2)德雷克海峡打开时,只有温度梯度达到一定强度才会有AABW形成,并导致南半球高纬度地区和大洋大部分底层水变冷;而当锋面强度小于临界值(本模式中为4.03℃)时,没有AABW形成,海盆中大部分区域的海温都偏高.模式实验结果表明,德雷克海峡打开的过程中,风应力的改变与海洋温度锋面的形成影响了AABW和NADW的形成,从而改变了大洋经向翻转环流的状态.     

输电导线风致舞动的风洞试验研究

本文对覆冰导线节段模型进行风致舞动的风洞试验,研究了覆冰导线在竖向、横向和扭转方向的振动特性及主导频率随风速的变化特征。研究发现,覆冰导线的舞动可以分为竖向舞动和竖向-扭转耦合舞动,竖向舞动是竖向气动负阻尼引发的竖向自激振动,通常只发生在特定风速,而竖向-扭转耦合舞动容易在临界风速以上的风速下发生,属于扭转方向气动负阻尼诱发的舞动。3个方向振动的主导频率是随风速的变化而不断变化,但在导线发生舞动时3个方向振动的主导频率总是一致的。最后,结合舞动的特征进一步为覆冰导线舞动防治提供了一些建议。