柱承式钢筋混凝土粮食立筒群仓与单仓结构模态对比分析

针对目前国内外对柱承式钢筋混凝土粮食筒仓特别是群仓结构动力特性研究欠缺的现状,以某粮食储备库项目为背景,采用大型通用有限元软件MIDAS建立了柱承式钢筋混凝土粮食立筒单仓与群仓结构的分析模型,分别考虑空仓和满仓工况进行了模态分析,并提取其各自前六阶振型和自振频率,对单仓与群仓结构进行了对比分析,旨在为群仓结构抗震设计方法的进一步研究提供一定的理论基础。     

柱承式立筒群仓结构模型振动台试验研究

为研究不同贮料状态下钢筋混凝土柱承式立筒群仓结构的动力特性及其在地震作用下的动力响应规律,对缩尺比例为1:25的3×3组合柱承式立筒群仓结构模型进行了振动台试验。试验结果表明:柱承式筒仓结构具有"上刚下柔"的特性,使其加速度响应和整体变形均沿高度呈折线型,折点在刚度突变的柱顶和仓壁连接部位;贮料状态对立筒群仓结构动力特性的影响较大,随着贮料质量的增加,群仓模型加速度响应、位移响应的弯折效应均更加明显,边仓和角仓的加速度响应均逐渐增大;贮料及其与仓体间相互作用对耗能的贡献随着台面加载等级的增加而逐渐加大。     

钢筋混凝土圆筒仓仓壁结构的地震反应分析

以实际工程为依托,采用有限元软件ANSYS对钢筋混凝土圆筒仓仓壁结构进行数值模拟。通过模态分析,得到了筒仓结构的自振频率和周期。在模态分析的基础上,采用时程分析法,输入TAFT地震波,对模型结构进行动力有限元分析,得出结构在地震作用下的顶点位移时程曲线,找出最大位移发生时刻,并绘制该时刻结构的整体应力、变形图。最后,考虑不同贮料工况,对结构在TAFT地震波作用下进行了地震反应分析,得到相应的结论,为同类结构的抗震设计提供理论依据。     

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。     

地震作用下柱承式筒仓仓壁侧压力试验研究

地震作用下贮料对筒仓产生的超压是造成筒仓损伤破坏的原因之一。为研究地震作用下贮料的地震响应特性及变化规律,对缩尺比例为1∶25的柱承式筒仓模型开展了单向和双向地震作用下的振动台试验,揭示了筒仓仓壁动态侧压力分布规律和超压系数,建立了仓壁动态侧压力的计算方法。研究表明:（1）地震时筒仓内贮料的运动滞后于仓壁,随着地震动持续滞后逐渐明显,且沿仓壁顶部至底部滞后不断减弱;（2）动态侧压力分布规律与测点布置位置、地震波的输入方式相关;（3）仓体顶部范围内超压系数试验值大于规范采用值,现行规范中采用的修正系数偏小;（4）仅依据单向地震激励,尚不足以真实反映地震作用下筒仓贮料的动力学特性,筒仓结构强度设计时不应忽略双向地震作用。研究成果可为柱承式筒仓的抗震设计提供参考和依据。     

地震作用下柱承式筒仓动态侧压力计算方法研究

为研究筒仓结构动态侧压力计算方法,将地震作用下仓壁动态侧压力问题简化为支撑失效质量块的贮料壁板振动问题。假定筒仓结构处于线弹性范围,采用弹性壁板的振动模型推导了仓壁在地震作用下的动态侧压力计算公式;建立了柱承式筒仓结构动力有限元模型,通过数值分析和振动台试验结果验证了该方法的有效性;进而分析了筒仓结构在不同地震加速度峰值作用下的动态侧压力分布规律。结果表明：由推导的动态侧压力计算公式得到的理论值与试验值平均相对误差为3.0%,精度较高;柱承式筒仓结构的动态侧压力随加速度峰值的增加而增大;沿筒仓深度方向,动态侧压力呈“钟形分布”趋势;且动态侧压力峰值向仓壁中下部位置集中;对于设防烈度较高地区,建议在柱承式筒仓结构的柱顶和环梁位置采取加强措施,以保证结构的整体安全性。研究成果可为筒仓结构仓壁动态侧压力计算和结构设计提供理论依据。     

预应力混凝土圆形储煤筒仓地震反应分析

使用ANSYS软件对一大直径预应力混凝土圆形储煤筒仓结构建立了有限元模型,以储料质量沿高度分布不变为原则,采用施加质量单元的方法模拟储料的分布,通过对预应力混凝土筒仓进行地震作用下的受力、变形分析,研究了预应力混凝土筒仓结构的受力性能及整体抗震性能,同时分析了筒仓结构地震作用简化计算方法的可行性.分析结果表明,水平地震作用对筒仓预应力结构部分的环向力无显著影响,预应力筒仓结构具有良好的抗侧力性能;同时,在结构基本振型指数选取合理时,采用底部剪力法估算筒仓水平地震作用是可行的.所得结果可为同类筒仓结构的地震反应分析提供参考.     

变截面框架-剪力墙-薄壁筒斜交结构考虑楼板变形时的振动计算

本文用沿高度方向分段连续化的方法,对沿高度方向为阶形变截面、在平面内布置复杂、需要部分考虑楼板变形的框架-剪力墙-薄壁筒结构,建立了其水平振动的弯扭耦连振动方程组。用常微分方程求解器(COLSYS)求解其自振频率及相应的振型,为复杂结构提供一种可用于设计的动力计算简化方法。     

钢筋混凝土渡槽结构地震反应数值分析

首先介绍了钢筋混凝土渡槽结构在地震荷载作用下的分析理论,根据这些理论建立了渡槽结构的动力有限元分析模型,分别采用干模态法、附加质量法和ALE法考虑渡槽结构液固耦合作用,通过具体的工程算例,对钢筋混凝土渡槽结构进行了不同工况下的数值模拟研究,包括混凝土非线性材料分析、渡槽结构静水与动水响应分析、渡槽结构自振特性分析和槽墩的能力曲线分析。研究表明,考虑固液耦合作用的渡槽实体有限元模型能较好地模拟渡槽结构地震反应,并得到相应的渡槽结构地震反应规律。     

倾斜基岩上的土-框架相互作用研究

倾斜基岩上的框架是山地、丘陵地区多见的一种结构形式，但以往对其抗震性能研究很少。本文利用二次开发后的ANSYS对倾斜基岩上的框架的抗震性能进行了上下部相互作用分析。在研究中发现，考虑土一结相互作用后，结构的高阶振型在地震反应中的参与程度提高；可能在结构的地震反应傅里叶谱中形成双峰；并使地震反应沿结构高度的分布不再沿直线变化，而呈锯齿状分布。由于倾斜基岩将降低土层对地震波的放大作用，但基本不改变地基的卓越频率，因此倾斜基岩将会抑制上部结构的地震反应；而倾斜基岩上结构的地震反应分布将比相应平坦基岩上结构的地震反应分布更接近直线形分布，但变化形状基本相同。     

中承式钢筋混凝土拱桥自振特性分析

利用有限元通用软件ANSYS,对一中承式钢筋混凝土拱桥进行了结构自振特性的数值模拟分析,求出了自振频率、振型等动力参数,对其模态特征进行了描述,并通过变换拱桥的主要结构参数对比分析了它们对结构自振特性的影响.结果表明:自振频率随矢跨比的减小略有提高;横撑有助于增强拱肋的横向刚度,减小拱肋面外振动,提高抗风稳定性;各振型的自振频率值随拱肋刚度的提高近似成线性增大,可以通过改变拱肋刚度来调整其自振特性.研究结果可以为同类桥梁的抗震设计提供参考.     

框架结构自振频率和地震作用的计算问题

讨论了以剪切变形为主的框架结构自振频率和地震作用的计算问题。根据豪尔塞计算法求结构的自振频率；采用振型分解反应谱法求结构的地震作用。在考虑不同边界条件后，详细叙述了两种实用计算方法，给出“自顶向下位移法”和“自底向上剪力法”的求解结构的自振频率和地震作用的计算步骤。     

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。     

地震总输入能自抵耗效应研究

通过对单自由度(SDOF)体系弹性和弹塑性地震能量反应的计算,提出了自抵耗能和自抵耗系数的概念,并计算了弹性SDOF体系在地震动作用下的地震总输入能、自抵耗能、地震输入能以及自抵耗系数与体系自振频率和阻尼比的关系。结果表明:当体系自振频率等于地震动卓越频率时,自抵耗系数最小,地震输入能最大,结构的自抵耗能力较弱,且阻尼比对地震输入能的幅值影响较大;当自振频率远离地震动卓越频率时,自抵耗系数增大,地震输入能减小,结构的自抵耗能力增强,且地震输入能受体系的自振频率影响较大,基本上不受阻尼比的影响。文中从能量的角度对汶川地震中的一些实际震害作了相关解释。     

单围柱重檐攒尖木结构动力特性试验及地震响应分析

为研究单围柱重檐攒尖木结构的动力特性及地震响应,以西安兴庆宫五龙坛木结构建筑为例,对其进行原位动力试验,采用峰值拾取法与随机子空间法,分析了结构的前6阶自振频率、空间振型及阻尼比。考虑单围柱、榫卯连接、斗栱铺作、抹角梁架空间构造的特征,建立了单围柱重檐攒尖木结构有限元分析模型,计算得到结构的前6阶频率、振型及五龙坛原位试验结果吻合较好。结果表明：单围柱重檐攒尖木结构一阶自振频率在1.924～1.975 Hz之间,二阶自振频率在2.146～2.15 Hz之间,一、二阶振型分别为南北平动与东西平动;三阶自振频率在2.775～2.841 Hz之间,振型为扭转振动。输入不同幅值的El Centro波、Taft波及兰州波地震激励,在罕遇地震作用下底层最大层间位移角为1/83,童柱层最大层间位移角为1/87。     

劲性支撑穹顶结构模态特性参数分析

模态特性分析是结构动力特性分析的基础。选用杆元和索元建立有限元模型,采用分块Lanczos模态方法,分析了劲性支撑穹顶结构不同荷载工况下结构的模态特性,讨论了初始预应力、杆件截面面积及高度、跨度、矢高、荷载等参数对结构自振频率的影响。算例分析表明:劲性支撑穹顶结构自振频率较小且分布密集,出现大小相近或相同的频率对及相互对称的振型;环向等分数和杆件截面面积对劲性支撑穹顶结构的自振频率影响较小;荷载作用使结构的自振频率变小;预应力、跨度及矢高对自振频率影响较大,应在结构设计阶段给予充分考虑。     

上海环球金融中心大厦结构模型振动台抗震试验

上海环球金融中心大厦高101层,结构高度492m,高宽比8．49,拟建成为世界上结构主体最高的建筑物。大厦采用了三重结构体系抵抗水平荷载,它们由巨型框架、钢筋混凝土核心筒及构成核心筒和巨型型钢混凝土柱之间相互作用的伸臂桁架组成;核心筒竖向不连续,由低筒、中筒和上部筒3部分组成;二对角巨型柱在42层以上开始分叉形成倾斜曲面,巨型斜撑只设置在垂直立面上,且采用单向支撑。根据我国《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3—2002),该建筑总高超过了型钢混凝土框架一钢筋混凝土筒体最大高度190m的限值,同时高宽比超过了设防烈度7度地区为7的限值。为研究它在地震作用下的抗震性能,进行了缩尺(1／50)模型的振动台试验。试验结果表明,该结构体系合理,具有足够的水平刚度,在地震作用下位移反应不大,扭转效应比较小,满足我国抗震设防要求。     

钢筋混凝土筒中筒结构拟动力试验研究与理论分析

制作了一个14层的钢筋混凝土筒中筒结构模型,模型比例为1∶10,等效为两自由度体系,进行了6种工况的地震动加速度峰值的拟动力试验,研究了筒中筒结构在地震作用下的动力特性、弹性和弹塑性阶段的地震反应、抗震性能和破坏机理。研究表明,该结构在7度罕遇地震作用下仍处于弹性状态,9度罕遇地震作用下,核心筒除与底板相交处开裂外无其它可见裂缝,而外框筒开裂严重,但结构仍具有较高的承载能力和侧向刚度。实测滞回曲线反映了筒中筒结构具有良好的延性和耗能性能。最后,采用改进了的非线性杆单元模型编写了程序,对筒中筒结构进行了非线性分析。结果表明,位移时程曲线计算值与试验值基本吻合。     

近海大气环境下钢框架自振频率评估研究

由于沿海地区的钢结构建筑常暴露在露天,不可避免地受到大气环境的腐蚀。本文在材料力学和结构分析的基础上,研究沿海地区钢框架结构自振频率的变化,进而对结构在近海大气环境下存在的潜在损伤进行评估。基于工字形与箱形截面,提出结构自振频率与结构构件厚度变化的关系式,并分别考虑构件内外表面腐蚀的影响。以一榀钢框架结构为例,分析其在腐蚀5、10、20年后结构前10阶自振频率的变化。分析结果表明,随着腐蚀程度的增加,结构自振频率降低的越大。研究成果可为锈蚀钢框架损伤评估提供一定的参考依据。     

双层岛式地铁车站结构地震反应分析

以深圳某双层两跨岛式地铁车站为工程背景,考虑水平地震和水平、竖向地震耦合2种工况,采用ANSYS分析软件,研究SSI(土与结构相互作用)效应下结构的水平位移特征和内力响应规律.结果表明:与水平地震工况相比,耦合地震作用下结构最大内力增幅较大,由于竖向惯性荷载作用,产生最大内力位置不同;周围土体介质的变形与结构在震动中的变形关系密切;沿车站侧墙高度的相对水平位移在2种地震工况作用下的变化不容忽视,不可忽略竖向地震的影响,耦合地震作用下的相对水平位移可用线性曲线拟合.研究成果可为地铁车站的抗震设计提供参考.