基于规范的上海高层建筑风和地震作用的比较

根据中国建筑荷载规范(GBJ50009—2001)和抗震规范(GB50011—2001),比较了风、地震作用在质量、刚度均匀高层建筑上的总作用荷载、总基底弯矩响应,讨论了上海地区两种荷载作用效应相等的临界高度.比较中考虑了建筑物所在场地地貌、建筑高度、结构材料、风荷载的空间相关性等因素,对于风、地震作用的相对强弱,得出了一些有参考意义的定性结论.     

大型地下结构三维地震响应特点研究

采用阻尼影响抽取法分析了地下结构无限围岩介质的动刚度特性，建立了岩石地下结构抗震分析的实用相互作用分析时域模型，比较研究了地下结构—围岩动力相互作用分析中地震动输入机制、无限围岩动刚度及结构特性等各种主要因素对地下结构地震响应的影响程度．指出几种常用地下结构地震响应近似分析方法只在一定条件下适用，无限介质的阻尼特性对结构响应起着重要的作用．     

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。     

冲刷作用对大跨度自锚式悬索桥地震响应的影响

目的研究冲刷作用对大跨度自锚式悬索桥桥塔地震响应的影响,为此类桥梁冲刷条件下抗震设计提供参考.方法采用考虑几何非线性的全桥有限元模型,并应用m法模拟土对桩基的约束刚度,分析不同基础冲刷深度条件对基础刚度和桥梁整体动力特性,以及对高耸桥塔地震响应的影响.结果冲刷效应通过减小土对桩基的约束,使桥塔基础刚度明显减小,但桥梁竖向和纵向基频不受影响,高阶振型及其地震效应的变化控制了结构的某些地震响应;不同冲刷深度下,桥塔关键截面-塔底截面纵桥向内力会出现明显峰值,而塔顶位移及横桥向内力效应呈现不同的规律.结论对于大跨度自锚式悬索桥高耸桥塔结构,最不利地震荷载效应并不完全发生在冲刷深度最大时,抗震设计需要考虑地震下多目标效应的多级冲刷的精细化处理方法.     

空间多点地震激励下简支梁桥碰撞响应数值模拟

为研究桥梁结构在空间多点地震激励下的碰撞响应，采用LS-DYNA建立了两跨简支梁桥三维精细化有限元模型，考虑了相邻桥跨之间面-面碰撞及偏心碰撞效应，计入了板式橡胶支座系统的非线性、钢筋混凝土在碰撞荷载作用下的材料非线性和应变率效应，详细分析了空间多点地震下桥梁上部结构的碰撞响应，研究了双向多点地震激励及局部场地效应对碰撞响应的影响。研究结果表明，碰撞会导致伸缩缝处桥梁上部结构的局部破坏；双向多点地震激励引起的桥梁偏心碰撞响应导致碰撞次数增加，但减小了碰撞力；局部场地效应对桥梁上部结构碰撞响应影响较大，基础场地条件越差，上部结构碰撞响应越大，碰撞引起的梁端局部破坏越严重。     

软土场地桩-土-LNG储罐地震响应及场地放大效应分析

目的研究中软场地上大型LNG储罐的地震响应,分析桩土相互作用对上部结构的影响.方法利用有限元软件ADINA建立了1. 6×105m3刚性基础储罐与80 m桩土储罐模型;计算刚性基础储罐和桩土储罐的地震响应、桩土储罐和纯土体情况下沿地基深度分布的最大加速度值并进行对比分析.结果考虑桩-土-储罐的相互作用后除晃动波高外,其他地震响应均有不同程度的减小;长周期地震动的场地放大效应小于短周期地震动,而频谱特性复杂且具有多峰性的地震动场地放大效应最大;纯土体的场地放大效应小于有上部结构的场地放大效应.结论地震动沿土体传播具有放大效应,上部结构的存在会增大放大效果,且按照刚性地基标准设计LNG储罐可以保证其安全性.     

地震作用下固定式海上风机动力模型试验及耦合数值研究

海上风机是复杂环境荷载作用下多自由度复杂结构体系．为揭示环境荷载、转子机舱组件及支撑系统之间相互作用对海上风机结构运动响应的影响,建立水动力和结构弹性联合相似准则、气动力的牛顿相似准则,开展了地震、风、波流联合作用下海上风机整体结构动力模型试验,验证了风浪等环境荷载对于地震作用下五桩基础海上风机结构响应的影响．基于FAST v8推导并建立了地震、风、波浪联合作用下海上风机整体耦合数值仿真模型,揭示了该工况下海上风机结构响应的耦合特性,同时发现停机保护策略并不能有效降低海上风机结构地震响应．进一步,探讨了调谐质量阻尼器对海上风机在地震组合工况下的振动控制效果．     

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。     

单层椭圆抛物面网壳在地震作用下的动力稳定性分析

以平面30 m×30 m,矢跨比分别为1/6,1/7,1/8和1/9的椭圆抛物面单层网壳为对象,利用ANSYS非线性动力软件,研究其弹塑性动力失稳。计算中考虑几何和材料非线性效应,并对几何缺陷、阻尼、不同地震波及其输入方向等对稳定性的影响进行了分析。结果表明:该结构的动力失稳一般伴随着较大的塑性变形,具有明显的突发性;在水平地震作用下动力稳定临界荷载明显低于竖向地震作用下的临界荷载,以两向地震作用下最低;在水平地震作用下,较大矢跨比时动力稳定临界荷载较低;杆件截面的增大可显著提高该结构的水平刚度和动力稳定临界荷载;几何缺陷能显著降低网壳结构的动力稳定临界荷载;考虑Raleigh阻尼模式,其临界荷载提高不足7%。     

突加集中荷载作用下饱和土-深埋圆形隧道衬砌系统的非轴对称动力响应

考虑饱和土与深埋圆形衬砌的相互作用, 研究了突加集中荷载作用下饱和土-衬砌系统的非轴对称动力响应. 基于Biot理论和弹性理论, 采用Laplace变换和Fourier级数, 考虑衬砌边界条件以及衬砌与饱和土交界面处的连续性条件, 在Laplace变换域内求得突加集中荷载作用下饱和土-弹性衬砌耦合系统的位移、应力和孔隙水压力等的解析表达式. 利用Laplace逆变换Crump数值反演方法得到饱和土-衬砌系统动力响应的数值解, 并分析了土体和衬砌系统的力学、几何等参数对系统动力响应的影响. 结果表明: 5倍隧道衬砌半径以外处土体的动力响应远小于隧道附近土体的动力响应; 衬砌刚度和厚度对土体位移和应力影响显著, 但对孔隙水压力影响较小; 孔隙水的可压缩性对土体位移的幅值影响不大, 但对应力幅值的影响较为显著.     

下游干扰体对上游高层建筑风力的影响

在用数值模拟和风洞实验方法对比研究两个方形高层建筑模型干扰影响的基础上,进一步用数值模拟方法研究了距离较近时下游干扰体对上游建筑的干扰影响.以广州合景大厦为背景,用数值模拟方法,并通过数值模拟与风洞实验平均风底部剪力的比较,得出当干扰的高层建筑处于下游或斜下游时,上游合景大厦的静风力比不受干扰时显著增大.说明在高层建筑密集、下游或斜下游建筑体量较大时,对上游建筑干扰后的静风力会有显著增加.     

小型绿化带对城市建筑物周围风场影响的数值模拟

在城市街谷模式的基础上引入叶面指数,对小型林带的防风效应进行模拟、检验,通过实验结果与野外观测值的比较,证明此模式能较为合理的模拟防护林的动力遮蔽效应;将此模式应用于小型绿化带对高大建筑物周围风环境的影响的数值模拟,数值实验证明在城市冠层内,城市小型绿化带对高大建筑物周围行人高度的风场环境影响显著,设置合理的小型绿化带对城市高大建筑物附近风场有良好的改善效果。模拟实验中可见,在3m/s的入流风速下,建筑物侧面的角隅流达5m/s,设置合理的绿化带可使之降低到3.5m/s。     

小型绿化带对城市建筑物周围风场影响的数值模拟

在城市街谷模式的基础上引入叶面指数,对小型林带的防风效应进行模拟、检验,通过实验结果与野外观测值的比较, 证明此模式能较为合理的模拟防护林的动力遮蔽效应;将此模式应用于小型绿化带对高大建筑物周围风环境的影响的数值模拟,数值实验证明在城市冠层内,城市小型绿化带对高大建筑物周围行人高度的风场环境影响显著,设置合理的小型绿化带对城市高大建筑物附近风场有良好的改善效果。模拟实验中可见,在3m/s的入流风速下,建筑物侧面的角隅流达5m/s,设置合理的绿化带可使之降低到3.5m/s。     

高层建筑形状及布局对城市街区 行人风环境影响研究

基于风洞试验和计算流体动力学方法(Computational Fluids Dynamics,CFD)研究高层建筑形状及布局对城市街区行人风环境的影响.采用最大风速比和归一化加速面积比,定量研究五种高层建筑形状及四类建筑布局对城市街区行人风环境的影响,确定全风向下的最优建筑形状以及布局,结合CFD数值模拟获得的全域流场信息,揭示建筑形状和布局对于城市街区行人风环境的影响机理.结果表明:在保持建筑高度和街区容积率一致的情况下,高层建筑群周边最大风速比不会随着建筑形状和建筑布局的改变而发生明显变化.但建筑形状和建筑布局会改变建筑群周边高风速区域的面积大小,全风向下的最优建筑形状和布局分别是Y字形和错列式布局,而最不利形状和布局分别是H字形和围合式布局.不同布局下的方形、H字形及X字形高层建筑群的最不利风向均位于斜风向,而十字形及Y字形则为正风向.高层建筑群在行人高度处的风加速现象主要是由狭管效应和角部分离效应造成的.     

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。     

群体高层建筑模型风洞试验阻塞效应的修正

基于单体高层建筑模型的尾流面积法,提出了适用于群体高层建筑模型风洞试验阻塞效应的修正方法.给出了群体建筑的流场模式和基本假定,推导了修正公式,将尾流面积法的适用范围推广到同时布置两个或多个建筑的阻塞效应的修正.利用均匀流中典型周边布置方案的等高双建筑和等高三建筑的风洞试验结果进行参数拟合,并在不同工况下验证了修正方法.该方法可在较高精度范围内满足工程项目的需要.     

降低超高层建筑横风向响应的气动措施研究进展

随着科学技术的进步,现代超高层建筑向高柔方向发展,其横风向荷载和响应问题越来越显著,成为结构设计中必须重点关注的问题.降低超高层建筑横风向荷载和响应的措施主要有空气动力学措施(简称气动措施)、结构措施以及外设阻尼器措施三种,其中气动措施的机制是通过设计合适的建筑外型(或适当的局部修正)使其满足抗风要求.对超高层建筑抗风气动措施的研究成果进行了总结,这些措施主要有:选择气动性能好的基本截面形状,横截面角部处理、横截面沿高度变化、立面开洞等.同时,还指出目前研究和工程应用中需要注意的问题,以及对今后研究提出建议.     

超高层连体建筑风荷载干扰效应大涡模拟研究

超高层三塔连体建筑的主楼受到裙房及子楼的干扰作用显著,以某超高层三塔连体建筑为对象,基于LES(大涡模拟)方法对其进行了24个方向角下的数值风洞试验,并将主楼的体型系数与物理风洞试验结果进行了对比验证,再基于大涡模拟结果分别从平均和脉动风压特性、涡量分布以及干扰机理等方面探讨了超高层多塔连体建筑风荷载和干扰效应.结果表明:大涡模拟和风洞试验结果吻合较好;单体工况下主塔表面随机涡旋较密集、风压脉动较大、且尾流分离区域较小,当子塔处于主塔上游位置时对主塔结构抗风设计存在有利的"遮挡效应",此时来流湍流对主塔风场分布起主导作用;当子塔处于主塔下游位置时会对主塔存在不利的风压放大作用,特征湍流作用更明显.     

高层建筑风荷载高频测力天平试验技术

风荷载是高层建筑物的主要侧向控制荷载,准确地测量作用于建筑物上的静态和动态风荷载并预测建筑物的动态响应具有重要的工程意义,为此,采用目前国内外应用最广泛的高频动态天平技术对重庆某高层建筑的模型进行了风洞试验,研究了风荷载及其特性,给出了该建筑物在不同风向角的风荷载作用下产生的基底力与力矩系数,为该建筑物的结构抗风设计提供了依据．     

GPS测量系统和全站仪对在建超高层建筑动力特性的识别

超高层建筑在施工过程中,随着施工高度的逐渐增加,在风荷载、温差和塔吊动荷载的作用下主体结构在施工期的水平位移和结构动力特性会不断发生变化。为了识别超高层建筑在施工过程中,其结构水平位移和结构的动力特性变化情况,应用GPS定位测量系统结合全自动测量机器人——全站仪,实测得到结构在施工期间在两主轴方向的位移时程。并且将GPS数据经过经验模态分解(empirical mode decomposition, EMD)和希尔伯特-黄变换(Hilbert-Huang transform, HHT)后,再把瞬时频率与施工期间塔楼自振频率接近的部分固有模态函数分量进行叠加,得到结构在施工期间的动位移时程,然后再将经验模态分解后的GPS和全站仪测试数据进行功率谱密度(power spectrum density, PSD)分析,从而得到结构的自振频率。从而识别超高层建筑在施工过程中的结构动力特性,分析结果对超高层建筑施工安全评估具有较大帮助。