具有埋入式基础的高层建筑考虑土-结构相互作用时的风振响应

目的研究具有埋入式基础的高层建筑考虑土-结构相互作用时的风振响应,为高层建筑的抗风设计提供理论依据.方法以埋入式基础的框架结构为例,建立了高层建筑的简化计算模型,导出结构的运动方程,进而对比分析了刚性地基和柔性地基条件下,土-结构相互作用对结构风振位移和加速度响应的影响.结果当结构高度达到15层时,弹性位移增幅已接近刚性位移的50%,再考虑结构摆动的转角和基础平移,总位移已显著大于刚性位移,达到刚性位移的2倍左右.结论考虑土-结构相互作用后,结构体系自振频率明显降低,结构总响应幅值总是大于刚性地基时的响应幅值;且在给定条件下,结构越高,地基越柔,影响越大;而基础埋深越大,影响则越小.     

桩-土-结构相互作用对大跨钢管混凝土拱桥风振响应的影响

以某大跨度中承式钢管混凝土拱桥为例,基于ANSYS软件建立了该桥的三维有限元模型,研究了考虑桩-土-结构相互作用对大跨度钢管混凝土拱桥风振响应的影响.结果表明:考虑桩-土-结构相互作用后,结构的自振频率减少,风振响应有所增加.     

风和地震作用下高层建筑土-结构作用比较

根据考虑上部结构荷载相关性的近似频域方法，详细分析了各类参数（如上部结构刚度、结构阻尼、土体刚度、土体阻尼等）对土-结构相互作用效应的影响．此外，探究了在风荷载和地震作用下，土-结构作用效应对上部结构响应影响的异同．数值算例给出了带有群桩基础的实际高层结构的风、地震作用下的土-结构作用响应的比较．比较结果说明，风、地震作用下高层建筑土-结构作用效应对上部结构响应的影响规律可能是不一致的，而这主要与风、地震作用于土体结构耦合系统的位置以及风、地震作用的卓越频率有关．     

明置基础高层建筑风振时层状半空间地基材料阻尼比的研究

利用层状半空间地基上明置基础阻抗函数的简化计算公式,研究了明置基础高层建筑在动力风荷载作用下地基土材料阻尼比的取值范围。计算分析表明风振时层状场地地基土的材料阻尼比很小。一般不超过3％。因此,土一结构相互作用对高层建筑风振响应并不一定有利。对有明置基础的弯剪型钢筋混凝土框架剪力墙高层建筑结构,分别采用粘弹性均质半空间地基模型和层状半空间锥体地基模型,进行了风振响应分析,并将结果进行了对比。结果表明：采用层状半空间锥体地基模型时,一般考虑7层土介质已经可以基本满足要求;选用层状半空间锥体地基模型,结果较精确,但计算量大,而选用粘弹性均质半空间地基模型。偏于保守,但计算简便,精度可以满足工程实际的需要。     

考虑土-结构相互作用渡槽流固耦合体风振响应分析

以排架渡槽为研究对象,分别建立考虑土-结构相互作用(SSI)效应和不考虑土-结构相互作用(SSI)效应下的三维渡槽-水流固耦合体风振计算模型,通过自回归滑动平均(ARMA)模型模拟脉动风,采用任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法求解渡槽和水体的耦合相互作用问题,针对不同水深工况,分别计算分析渡槽流固耦合体系在风荷载随机动力作用下的动力响应。研究结果表明:考虑SSI效应使得渡槽结构横槽向抗风刚度降低,导致结构风振位移响应增大;渡槽结构各部位最大主应力随槽内水深增大而增大,考虑SSI效应渡槽结构主应力稍大于不考虑SSI效应渡槽结构主应力;在脉动风荷载作用下,水深是决定渡槽倾覆力矩和动水压力的控制因素,土-结构作用的影响较小。     

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。     

土体-框架结构振动台模型实验研究

在进行土体-框架结构的振动台模型实验中,测出了模型体系的加速度、位移和应变反应.首先分析了实验各阶段系统的自振频率及阻尼比的变化情况,然后着重比较了各工况下框架结构的加速度、层间位移和应变反应规律,并与刚性地基实验进行了对比.实验结果表明,相对于仅有水平激振,竖向激振的参与可使结构的反应增加,且位移、应变反应的增量要大于加速度反应的增量;桩体应变要小于框架上的应变;基础上的加速度反应要大于土表反应.土-结构相互作用下的测试结果普遍要大于刚性地基情况下的结果,并且加速度峰值、层间位移峰值沿楼层的变化趋势也不相同,基于刚性地基假定下的计算结果可能偏于不安全,对于结构的抗震设计考虑土-结构相互作用的影响很有必要.     

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。     

地下结构地震反应的振动台模型试验研究

进行了土-地下结构动力相互作用的大型振动台模型试验,分别测出了模型土中不同部位的加速度反应和地下结构的加速度与应变反应.对模型体系的加速度反应实测值进行整理分析了模型箱效应、试验各阶段系统的自振频率及阻尼比的变化情况和地下结构的加速度和应变反应规律.试验结果表明:相对于仅有水平加速度激振,峰值约为水平加速度峰值三分之二的竖向激振的参与,可使结构的反应增加,且应变反应的增量大于加速度反应的增量,地下结构横断面的变形仍以剪切变形为主;地下结构的加速度反应和应变反应的频谱分布有较大差异,应变反应中竖向振型的贡献较大.     

伞形膜结构风压和风振模拟与分析

针对工程常见的八角伞形膜结构,基于ADINA软件开展结构表面风压和结构风振响应的数值模拟,分析结构风致位移响应、速度响应、加速度响应、等效应力等关键风效应,研究膜结构的矢跨比、风向角、膜初始预张力、膜帽处开敞与封闭情形等关键参数对表面风压和结构风振的影响规律,揭示了此类膜结构风振规律和结构风压系数.研究成果可为此类结构的抗风设计计算提供参考.     

广州西塔台风特性及风致结构振动现场实测研究

广州西塔楼高432 m共103层,属目前华南地区第一高楼,在台风“鲇鱼”的影响下,对其台风特性及风致结构振动进行了现场同步实测,获得了其风场特性、结构动力特性以及风致结构振动响应等相关结果.结果验证了湍流强度随平均风速增大而减小、阵风因子随湍流强度增大而增大等规律,且实测的顺风向与侧风向脉动风速谱均符合Von Karm...     

高层建筑干扰气动阻尼的试验研究

在风洞中采用气动弹性模型技术和高频动态天平技术研究了两个高层建筑间的风致动力干扰效应 .根据气弹模型试验数据 ,采用随机减量法 (RDT)及特征系统实现算法 (ERA) ,首次研究了在受扰情况下高层建筑气动阻尼的变化 .在某些工况下 ,受扰建筑的气动阻尼为负值 (且绝对值较大 ) ,使结构总阻尼很低 ,导致了受扰建筑高的动力响应及高的动力干扰因子值 .根据受扰建筑的新的阻尼值 ,重新对高频动态天平试验的数据进行了计算 ,所得动力干扰因子与气弹模型试验结果趋于一致     

考虑SSI效应的特高压输电塔风致响应试验

为了研究风荷载作用下输电塔-基础-地基耦合效应(SSI效应)对输电塔风致响应的影响,以一座特高压输电塔-基础-地基体系为例,按照离散刚度法设计其气弹模型,采用一个刚性质量块来模拟基础,U型弹簧和阻尼器来模拟地基,对气弹模型进行风洞试验,并研究地基阻尼和刚度对输电塔结构风致响应的影响规律。研究表明:1)考虑SSI效应后,模型的振动衰减要慢于刚性地基模型;同时,随着地基刚度的减小,模型的综合刚度减少且自振周期增大;2)地基刚度的减小会使上部结构位移和加速度响应逐渐增大,对塔脚反力基本没有影响;随着地基阻尼的增大,塔身加速度逐渐减小,但位移和塔脚反力几乎保持不变。因此,在进行输电塔结构设计时应考虑SSI效应的影响。     

考虑SSI效应的适用于风电结构设计的地震反应谱

针对风电结构的低阻尼特性及设计反应谱未考虑土-结构相互作用（Soil-structure Interacton，SSI）的问题，提出了考虑SSI效应的适用于风电结构设计的地震反应谱. 选取具有不同场地特征的3 034条地震动，并按照建筑抗震规范进行场地分类；基于无质量集总参数模型，建立了风电结构考虑SSI效应的单自由度分析模型. 基于大样本地震动结果的统计分析与非线性最小二乘技术，形成了新反应谱的规范形式. 分析表明，对于低阻尼比，新反应谱值大于规范谱值，比传统采用建筑抗震规范反应谱的计算更加安全. 提出的新反应谱概念清晰、形式简便，可为风电结构的抗震初步设计提供依据.     

简化桩模型在土-结构相互作用分析中的应用

采用简化桩模型和多分段杆单元模型来模拟独立桩承框架结构.对一幢七层独立桩承钢筋混凝土框架结构进行了考虑与不考虑土-结构相互作用效应影响的结构自振特性对比分析.然后依次输入9条地震波加速度记录,对结构进行了考虑与不考虑土-结构相互作用效应影响的地震反应时程分析.由大量的数值分析结果总结了土-结构相互作用对结构地震反应的影响规律,并用算例对部分结论进行验证.     

粘弹性阻尼器在控制高层钢结构建筑风振反应中的应用

研究了用于控制高层钢结构建筑风振反应的粘弹性阻尼器（VED）设计方法,通过计算整体结构的有效阻尼比,建立了设置VED结构抗风设计的风振系数和脉动增大系数的调整公式,得到了设置VED结构在顺风向和横风向的层加速度计算方法,并以例子证明了VED是一种有效的耗能减振构件,它有效地减小了结构顺风向位移和横风向风振加速度。     

板片空间结构高层建筑的研究

对板片空间结构体系用于高层建筑结构情况下结构的力学性能，动力及抗震，风载反应等进行了研究，并与一般钢筋混凝土结构进行了比较，分析结果表明板片空间结构高层建筑具有受力合理，自重轻，抗震性能较好和基础工程的费用较少的优点。     

基于风振舒适度的高层建筑生命周期费用模型

根据感知结构在风荷载作用下振动的人数所占比例将超高层建筑舒适度性能水平划分为五个等级,并以结构水平振动加速度作为控制指标,建立了超高层建筑舒适度性能的评价方法。通过虚拟激励法进行频域分析求得结构在随机风荷载作用下的响应特性,获得一次强风作用下结构各性能水平的可靠度;考虑工程场地可能出现的风荷载水平得到建筑生命周期内各舒适度性能水平的可靠度;同时根据 “投资-收益”准则建立基于舒适度性能的超高层建筑生命周期费用模型;该模型可以考虑不同设计方案下的生命周期费用,并可依据生命周期费用最小原则进行投资决策,是基于性能的抗风设计的具体应用。利用该方法对某超高层建筑进行了调频质量阻尼器(TMD)安装与否进行了投资决策,说明了本方法的适用性。     

较硬分层土-桩基-结构相互作用体系振动台试验

进行了较硬分层土-桩基-框架结构相互作用体系的振动台试验，再现了上部结构和基础的震害现象．得出的主要规律有：体系频率小于不考虑相互作用的结构频率，而阻尼比则大于结构材料阻尼比；体系的振型曲线与刚性地基上结构的振型曲线不同，基础处存在平动和转动．土层传递振动的作用与土层性质、激励大小等因素有关．砂土层一般起放大作用，粘质粉土层一般起减震作用．结构顶层加速度反应组成取决于基础转动刚度、平动刚度和上部结构刚度的相对大小．多向激励下的动力反应规律没有明显差别．     

山地风场中圆形截面超高层建筑风荷载谱

为了研究山地风场中超高层建筑的风荷载和风振响应特性,必须了解复杂湍流变化对建筑风荷载的影响。在风洞中模拟了4种湍流度,通过3个不同高宽比圆形截面超高层建筑模型,考察了来流湍流度、建筑高宽比、层高度等因素对顺风向和横风向风荷载功率谱影响规律。针对2个方向风荷载功率谱的特点分别采用不同荷载谱模型进行了参数拟合,再以湍流度、建筑高宽比为基本变量对荷载谱模型参数进行二次拟合,初步建立了复杂山地圆形截面超高层建筑风荷载功率谱的数学模型。最后给出一个实例,通过具体山地风速和湍流度剖面,根据提出的建筑风荷载功率谱数学模型,比较了山地和平地圆形截面超高层建筑的风振响应。