高层建筑带支撑钢框架抗风结构中支撑刚度设计的若干问题

通过杆系──层间模型,分析了高层建筑带支撑钢框架结构的二阶随机风振响应问题。用等效线性化方法,分折了二阶效应的结构振动方程,获得随机风荷载作用下结构的层间位移,速度和加速度的统计量。并结合工程算例讨论了支撑刚度对结构风振响应及抗风可靠度的影响,进而探讨支撑刚度的优化设计问题。     

基于层内力等效的偏心高层建筑三维等效静力风荷载

对于质心和刚心不重合的偏心高层建筑，由于结构三维振型耦合与气动力耦合等因素的影响，其等效静力风荷载的评估变得十分复杂. 基于振型加速度法，推导了考虑三维气动力耦合和振型交叉项贡献的偏心高层建筑各层拟静力项和惯性力项内力（剪力和弯矩）响应计算方法. 在此基础上，基于各层内力响应等效，建立了能合理反映荷载沿高分布信息的结构三维等效静力风荷载评估方法. 随后，结合3种典型矩形截面高层建筑刚性模型测压风洞试验，分析了荷载相关性、结构偏心率和截面长宽比对偏心结构三维等效静力风荷载的影响. 研究表明：对于偏心截面高层建筑，振型交叉项和荷载相关性对结构风致响应与等效静力风荷载的贡献不可忽视，若忽略两者则会低估偏心高层建筑三维等效静力风荷载，特别是扭转向等效静力风荷载. 此外，偏心率和截面长宽比同样影响偏心高层建筑等效静力风荷载的大小和分布情况. 相关研究可为偏心高层建筑的抗风设计提供一定的指导.     

带支撑钢框架结构的抗风可靠度二阶分析

采用杆系———层间模型分析高层建筑带支撑钢框架结构的二阶随机风振响应问题。先用杆系模型分析形成了考虑二阶效应的结构刚度矩阵,然后用层间模型把整个结构简化成质点串,进而用等效线性化方法分析获得结构层间位移和速度、加速度的统计量,最后结合工程算例分析了二阶效应对结构风振响应统计量及其正常使用可靠度的影响。     

考虑转动激励时结构多维随机振动分析

把Ansys的强大功能与等效激励相结合,将结构地面地震动的平动和转动加速度激励构造出多维地震动等效激励荷载。采用有限元Ansys程序对结构进行动力分析,应用等效激励法求出结构的随机响应特征,实现了建筑结构在多维地震动激励下的随机振动分析。     

不同类型地震波作用下非线性场地的行波效应分析

目前有关场地的非线性行波效应分析,大多是基于场地土的等效线性化模型.本文通过对ANSYS软件的二次开发,采用双曲线模型模拟场地土的非线性,分别选取长周期基岩地震波和普通地震波作为输入,对某深覆盖土层场地进行了行波效应分析,探讨不同类型地震波作用下深覆盖土层场地的非线性行波效应问题.本文算例结果表明:在长周期基岩地震波作用下土层地表加速度放大系数值明显大于普通地震波作用下的结果;随着视波速的减小,土层对地震波的水平加速度放大效应也是减小的,但是对于竖向加速度放大系数而言,随着视波速的减小,其放大系数是增大的;一致输入相比于行波输入有放大土层特征周期响应而抑制非特征周期区段的响应的作用.     

上盖框架建筑的大底盘地铁车站结构抗震计算的振型分解法-反应加速度法

为得到上盖框架建筑时大底盘地铁车站结构的实用抗震设计方法,基于系列土-地铁车站及其上盖框架结构体系动力相互作用数值模拟试验,揭示了上盖框架结构对大底盘地铁车站结构地震响应的影响规律,再在借鉴地下结构抗震计算传统反应加速度法的基础上,提出一种适用于地上、地下一体化结构体系中的地下结构抗震分析的振型分解法-反应加速度法。首先,从理论上验证了振型分解法-反应加速度法的可行性,并详细介绍了该方法的力学模型和实施步骤;其次,以北京某核心区地铁车站与上盖高层建筑一体化工程为背景,对比时程法和传统反应加速度法的计算结果,分析了峰值加速度、结构刚度、土层刚度、上盖结构高度、地震波类型等影响因素下振型分解法-反应加速度法的计算效果。结果表明,提出的振型分解法-反应加速度法是一个操作简便、精度较高且计算结果偏于安全的简化分析方法,可在类似工程的抗震计算中应用。     

水下爆炸载荷的静态等效方法

水下爆炸对水中结构物的作用一是直接压力,另一个是使结构物产生速度和加速度,而且,不仅仅是结构物产生速度和加速度,其附加质量(也称附连水质量)也产生相应的加速度,即:爆炸要同时改变结构物和附加质量的动能与动量。水下爆炸作用下结构物的响应研究极其复杂,计算量极大。如果能采用静态等效的方法分析结构的响应,不但使结构分析过程得到简化,更重要的是为结构设计提供一个等效载荷值和施加方法。根据能量原理、动量原理和达朗贝尔原理,给出了水下爆炸载荷静态等效研究的分析方法和计算方法,并通过算例对该算法进行了验证。结果表明:提出的静态等效方法可行。     

高层建筑横风向风效应研究综述

高层建筑的横风向荷载及响应问题非常复杂,它与来流紊流、尾流和气动反馈3个方面的激励有关.虽然研究人员关注这一问题已有30多年,但迄今为止还没有形成被广泛采用的成熟的分析理论和方法,许多国家的规范中尚无相关的规定.国内外高层建筑横风向风效应研究成果主要分为3部分:横风向气动力的确定,横风向气动阻尼的识别和横风向等效静力风荷载的计算方法.风洞试验技术、数据拟合技术、参数识别技术是确定高层建筑横风向风效应的主要手段.通过分析国内外研究手段和方法的现状及优缺点,针对高层建筑横风向响应研究中存在的问题和不足,提出了应该关注的重点:高层建筑外形的复杂变化对气动力的影响、高层建筑横风向气动阻尼的识别方法以及形成机理和影响因素、等效静力风荷载计算方法和复杂形体超高层建筑顺、横、扭3种风荷载分量的耦合问题.     

大跨度钢结构的地震波行波效应

研究地震波的行波效应对大跨度双跨钢结构的影响,可以从理论上解决实际工程问题。根据大质量法原理,建立考虑行波效应的大跨度结构分析模型以及解析方程。结合大跨度钢结构厂房工程实际,对其进行考虑行波效应的多点激励分析,并与传统一致激励下结构的地震响应进行对比。结果表明:两种地震波输入方式所得钢结构厂房梁柱节点加速度响应曲线一致;在考虑行波效应的多点激励方式作用下,厂房钢结构梁柱节点位移、速度以及加速度响应均有不同程度的增大,且随着地震波传播速度的减小而增大。在大跨度结构的抗震分析中,为得到更精确的结果,应当考虑行波效应对结构的影响。     

高层建筑抗风研究现状

本文对高层建筑风动力效应--顺风响应、横风响应、和扭转响应;群体建筑风荷载的相互干扰;结构风振情况下的人体振动舒适度分析等方面的研究现状进行了详细的论述,为高层建筑抗风工程做好准备。     

高层建筑中非结构构件的抗震性能试验

当前针对主体结构抗震性能的研究很多,但针对非结构构件抗震性能研究较少。为此,对高层建筑中非结构构件的抗震性能进行试验分析。利用统一建筑规范对非结构构件抗震计算进行规定,通过FEMA273、FEMA356依次对非结构构件性能与设计方法进行规定。选用楼面反应谱法对非结构构件抗震性能进行分析。将加速度看作调整核心,完成对加速度时程曲线振幅的调整,将其看作试验加速度波。地震波选用EL Centro-NS、Taft-NS与天津-NS地震波。通过ANSYS软件建立模型,获取不同楼层楼面反应谱,通过时程分析,采用ANSYS软件对吊顶抗震性能以及有无设置45°悬吊线吊顶抗震性能进行分析。通过非结构构件模拟器进行浮放设备抗震性能试验分析。依据试验得出以下结论:楼层越高,吊顶和浮放设备越容易在地震作用下被损坏;设置45°悬吊线能够有效提高抗震性能。     

高层结构等效线性化方法研究

等效线性化可将结构的非线性行为转化为线性行为,易于结构工程师掌握与应用.在前人研究的基础上,将该方法用于高层结构中,比较了2种等效线性化方法与弹塑性时程分析结果的差别.结果表明,等效线性化方法的多条地震波平均结果的误差是在工程上可接受的.     

FD-SWE-Ⅱ型驻波实验仪上弦振动的研究

讨论了弦线振动横波波动方程,指出了驻波与共振现象之间的关系,研究了固定弦线密度下弦线张力与波长关系、振动频率与波长关系,通过对实验数据的拟合,找到了弦线张力与波长的最佳振动频率为110 Hz及振动频率与波长的最佳张力为1.36 N.     

隧道爆破地震波作用下砌体建筑物振动响应分析

为研究隧道爆破地震波作用下砌体建筑物的振动响应,以青岛地铁3号线下穿某砌体建筑物爆破施工为背景,通过现场爆破振动监测和有限元数值模拟,对砌体结构的爆破振动速度和主振频率随楼层的变化规律进行研究。结合数值计算,进一步分析隧道埋深、单段最大装药量,装药结构等不同因素下砌体建筑物的振动响应。分析表明:在隧道爆破地震波作用下砌体结构在垂直方向的振动响应强度明显大于水平方向,并且存在一定的高程放大效应,在爆破施工时应加强对砌体结构顶层的防护;隧道下穿砌体建筑物施工时,爆破地震波的主频率主要集中在10～60 Hz内,建筑物自振频率则大多为3.0～3.5 Hz,该砌体建筑物与爆破地震波较难发生共振;砌体结构动力响应强度随着不耦合系数的增加而逐渐降低,随单段最大装药量增加近似呈线性关系,改变装药结构及控制单段最大装药量是控制爆破振动的有效措施;爆破振动速度对隧道的埋深响应敏感,在数值上出现数量级的变化。通过对多层砌体结构振动响应分析,有利于不断提高与完善现有的爆破技术与减振措施。     

复杂高层结构非线性抗震性能分析刍议

为满足各地城市化建设快速发展及民众日渐提升的审美需要,复杂高层结构建筑在我国各地大量涌现,这类结构建筑的抗震性能也日渐成为建筑业关注互动的焦点。基于此,该文将围绕复杂高层结构非线性抗震性能开展研究,研究采用正交化HHT法,并主要围绕2条长周期地震波开展比对分析,以此明确研究对象复杂高层结构建筑的非线性抗震性能。结合分析可发现,结构响应在长周期地震波作用下变得更为明显,加速度响应的明显程度低于位移响应。     

饱和多孔介质中外源振动输入方法的研究

通过建立数值模型研究外源振动下结构-地基体系的动力响应时,往往涉及到半无限地基的模拟以及外源振动的输入.常见的外源振动输入方法主要包括波动法、人工边界子结构法和区域缩减方法(DRM)等.文中首先结合FLAC3D和Matlab比较了人工边界子结构法和DRM方法对单相介质波动问题的适用性,发现DRM方法得到的自由场响应与一维精确解一致;进一步将人工边界子结构法和DRM方法推广到饱和多孔介质中,分别提出了将外源振动转化为节点等效力和等效流量的表达式;最后通过垂直入射地震波动作用下弹性半无限饱和地基响应算例比较了两种方法的可行性.结果表明,DRM方法得到的自由场响应与一维精确解完全一致,而人工边界子结构法得到的响应值偏小.     

高层建筑中非结构构件的抗震性能试验分析

当前针对主体结构抗震性能的研究很多,但针对非结构构件抗震性能研究较少。为此,对高层建筑中非结构构件的抗震性能进行试验分析。利用统一建筑规范对非结构构件抗震计算进行规定,通过FEMA273、FEMA356依次对非结构构件性能与设计方法进行规定。选用楼面反应谱法对非结构构件抗震性能进行分析。将加速度看作调整核心,完成对加速度时程曲线振幅的调整,将其看作试验加速度波。地震波选用EL Centro-NS、Taft-NS与天津-NS地震波。通过ANSYS软件建立模型,获取不同楼层楼面反应谱,通过时程分析,采用ANSYS软件对吊顶抗震性能以及有无设置45°悬吊线吊顶抗震性能进行分析。通过非结构构件模拟器进行浮放设备抗震性能试验分析。依据试验得出以下结论：楼层越高,吊顶和浮放设备越容易在地震作用下被损坏;设置45°悬吊线能够有效提高抗震性能。     

多工况激励下大跨度钢结构高铁站房振动响应的现场实测研究

基于太原南站钢结构站房健康监测系统,对站房结构在列车进站、出站、过站工况,人群检票进站工况以及施工荷载工况下钢结构站房的实测加速度响应数据进行分析,考察不同测试工况下钢结构站房的振动响应特性。结果表明:结构竖向加速度响应频率与列车加载频率呈倍频关系,站房在列车过站工况激励下的响应明显大于列车进站、出站工况,且均不会引起结构的显著振动;人群步频的1倍频与2倍频易激起结构竖向振动,但受步速限制,其等效峰值加速度(ESPA)最大值未超过规范限值;施工荷载激励频率在10 Hz以上,易激起X形钢柱竖向振动;等效峰值加速度曲线能较好反映加速度响应幅值的变化趋势,可用来评估大跨度站房结构的舒适度水平。     

地铁车站长距离密贴下穿既有隧道结构的地震响应

为研究长距离密贴下穿地下空间结构的地震响应特征,以某新建地铁车站结构长距离密贴下穿既有隧道结构为对象,基于FLAC3D有限差分软件,建立三维数值计算模型。在输入日本阪神(Kobe)地震波的条件下,分析上部既有隧道结构在有无下穿地铁车站结构时的地震响应。计算结果表明:输入水平方向的地震波,有无地铁车站结构的隧道结构的位移-时程与加速度-时程曲线规律大致相同,均随深度的增加而减小,且变化趋势相似于施加的地震波。隧道顶板与底板的加速度反应时程曲线与基岩输入地震波的形态基本相近,隧道结构顶板的水平加速度峰值大于底板的水平加速度峰值。与单一隧道结构的位移-时程和加速度-时程曲线相比,密贴地铁车站结构对隧道结构的动力响应有减弱效果。下穿地铁车站对上部隧道结构的动力加速度响应有不同程度的减弱效应,且越靠近车站结构减弱幅度越大,下部车站结构的减震耗能现象存在于某一局部范围内。     

地震波基线漂移的处理方法

由于受到采集仪器低频噪声、环境背景信号、人为处理误差及初始加速度等的影响,由地震加速度记录积分得到的地震波位移时程曲线会出现严重的零线漂移现象.因此,在结构地震响应的时程分析中,加速度记录需要进行校正.作者在Wilson校正处理方法基础上,提出了一种新的地震波基线漂移的处理方法,改善了加速度记录的积分性质,保证了由加速度积分得到的速度和位移时程终点均为零,并保持了地震波加速度的峰值、持时、频谱等特性.通过在实际工程的应用,验证了该校正方法的合理性.