高耸结构调谐质量阻尼器附加有效阻尼比的计算方法研究

为研究高耸结构TMD附加有效阻尼比计算方法的适用性,建立了设置TMD和不设置TMD的某高耸结构ETABS模型,采用规范法、时变法、自由衰减法分别计算了TMD的附加有效阻尼比,并开展了振动台试验,根据试验结果得到了TMD的附加有效阻尼比。研究结果表明:评估高耸结构TMD的附加有效阻尼比时,计算方法可以采用时变法、自由衰减法;振动台试验法得到的附加有效阻尼比较为可靠,建议开展振动台试验进行验证。

高层建筑中高耸结构风振控制等效设计

在常规的风振控制等效设计中,我国现有技术标准对高层建筑中高耸结构的风振响应计算时仍然存在较大偏差,由于选择刚性结构搭建建筑框架,使得其结构会受到较高风载荷,从而导致风振受力过高等问题。为了准确计算高耸结构的风振响应,将结构脉动响应分为背景部分和共振部分的基础上,选择振动控制作为设计基础以确定其结构应力,通过阵风因子法和荷载组合法分析高耸结构的顺风向风振响应,在风振控制的荷载中实现了对风速的变化模拟。最后,再对高耸结构开展实例分析并对计算结果进行了比较,结果表明,文中研究的设计方法的特点和适用范围比传统控制方法的风振力等比减小15%~18%,具有较为突出的风振控制优势。

浅议塔台类高耸结构框筒外架搭设

塔台类高耸结构的框筒外架搭设难度较大,是安全管控重点也是保障工程进度的关键。以成都天府国际机场空管中心1#塔台的施工项目为例,介绍了落地式钢管脚手架+分段悬挑型钢钢管脚手架+附着式升降作业安全防护平台+落地式脚手架的组合方式,很好地解决了结构施工、幕墙龙骨施工、钢结构施工的难题,对安全防护和工程进度控制起了关键的作用,有效地保证了施工质量。

基于HFFB试验高耸结构风荷载谱高度修正系数及风振分析

分段估计法作为一种重要的非线性振型结构高频天平(high-frequency force balance,HFFB)试验模态力计算方法,可以对结构脉动风荷载的空间分布进行估计。该文章抛弃了分段估计法中无量纲风荷载谱沿高度不变的假定,提出了一种可以考虑荷载谱沿高度变化的方法。以Kaimal脉动风谱为例提出并推导了无量纲风荷载谱沿高度变化的修正系数,并以某真型输电塔架为算例,结合HFFB试验,分析了修正系数对结构响应计算的影响。研究结果表明,修正前后位移响应的背景分量计算值差异很小,但共振分量差别明显,偏差幅度达25%。对柔度较大的高耸结构,其共振分量在总响应中占比较高,需考虑荷载谱沿高度的变化;对于沿高度减小或增大的风速谱而言,现有荷载谱沿高度不变的分段估计法将高估或低估结构的位移响应。本文方法具有更高精度和更广的适用性。

基于ACVMD-WT法的GNSS-RTK高耸结构动态监测与模态分析

为对高耸结构的安全性能进行评估,采用GNSS-RTK技术对天津广播电视塔进行动态监测。对监测误差及噪声进行分析,基于变分模态分解(variational modal decomposition,VMD)和小波阈值(wavelet threshold,WT)提出了ACVMD-WT算法。通过模拟信号验证了VMD比添加自适应噪声的完备集合经验模态分解(complete ensem-ble empirical mode decomposition with adaptive noise,CEEMDAN)的信号重组能力更强。利用所提算法对水平方向信号进行降噪并得到结构的模态参数。结果表明:水域环境易引起背景噪声,对监测结果产生不利影响;ACVMD-WT滤波实现了对信息分量的有效筛选,降噪前后信号具有较强的相关性;相比集合经验模态分解(en-semble empirical mode decomposition,EEMD),CEEMDAN以及CEEMDAN-WT,所用算法的降噪效果更佳;由降噪后信号更好地获取到结构的前三阶频率及阻尼信息,其中一阶频率与有限元分析的相对误差为0.189%,第三阶频率相对误差最大值仅为4.054%,提高了模态频率辨识度和准确度。

近断层脉冲型地震动强度指标与高耸结构损伤关联性

为了研究近断层脉冲型地震动作用下适用于评价高耸结构抗震性能的地震动强度参数,基于加速度反应谱提出一种同时考虑结构周期延长和高阶振型效应的地震动强度指标。分别以120 m和240 m的钢筋混凝土烟囱结构为研究对象,使用OpenSEES程序,在近断层脉冲型地震动作用下,揭示了高耸混凝土结构的损伤指标(Park-Ang损伤指标、最大层间位移角、最大曲率、最大楼层加速度以及最大顶点位移)与37个地震动强度指标的关联性。研究结果表明:提出的地震动强度指标最适合用于预测高耸混凝土结构在近断层脉冲型地震作用下发生的Park-Ang损伤;与速度相关的地震动强度指标表现出与高耸结构损伤指标的较高的相关性;随着结构周期的增大,位移型的地震动强度指标与损伤的关联性有增长的趋势;此外,地面峰值加速度在表征高耸结构变形破坏方面存在局限性,但是可以用来分析非结构构件的抗震性能。研究结论可为选择合适的地震动强度指标和损伤指标评价高耸混凝土结构在近断层脉冲型地震动作用下的抗震性能提供参考。

基于修正证据理论的高耸结构翻模施工安全风险评估

高耸结构翻模施工安全风险评估是一项复杂的多属性决策工作,主要通过收集专家的定性描述来确定其指标权重做出风险评估。为了更好地把专家的定性描述转化为更为客观的定量化评估,提出了一种基于结构熵权法和修正证据理论的高耸结构翻模施工安全风险评估方案。该方案结合高耸结构翻模施工特点,以模板安装、钢筋安设、混凝土浇筑、模板提升、模板拆除等五个方面构建评价指标体系,采用结构熵权法确定各指标的权重,同时运用贝叶斯近似法修正的证据理论对指标体系进行多层递阶评价,得到了风险评价结果。实证分析表明,该评价方法能有效的反映出施工安全风险等级,对高耸结构翻模施工安全风险评价是可靠的,为类似工程的评价提供了新思路。

龙卷风风场结构及其对高耸结构的风压研究

龙卷风是一种极端的自然天气灾害,目前国内外对龙卷风风场结构的观测与研究较为丰富,但缺少对风场竖向风速及风场对高耸结构风压的探讨。本文根据ward型龙卷风模拟器的工作原理,利用计算流体力学软件,模拟龙卷风风场结构,并研究高耸建筑结构在龙卷风风场中所受风压的分布情况。研究表明:风场的核心区域内,竖向风速和切向风速沿径向和高度变化明显,在核心区域顶部风速很大;风场有较强的气压降作用且与上升风速有关;在核心区域外高耸结构风压分布与均匀风场类似,而核心区域内部风压分布极不均匀,对高耸结构产生较大的扭转荷载,且对结构侧面及背风面负风压很大,工程设计人员应予以重视。通过上述研究,为高耸建筑物抗龙卷风设计提供参考。

基于GPS的高耸结构动态特性监测

在土木工程领域,GPS作为一种新的结构振动健康监测方法正受到广泛关注。以在建的广州新电视塔(塔高610 m)为研究背景,利用RTK-GPS测量技术对其在台风以及一般风荷载作用下的动态特性进行了监测试验,获得了电视塔核心筒顶部一个测点沿其短轴和长轴方向的动位移时程曲线,位移曲线的谱分析结果表明,利用动态GPS观测能精确地识别出高耸结构物的低阶振动频率,其识别结果同加速度计识别结果以及有限元模型分析结果吻合很好。研究结果表明,在高耸结构施工监控和健康监测中,应用动态GPS技术进行环境激励动态特性监控是一种有效的方法。

自立式高耸结构风振控制方法研究

针对自立式高耸结构的风振控制装置及其设计方法开展研究。首先,根据自立式高耸结构的特点,设计了环形TMD、TLD和TLCD三种调频减振装置,并推导了其力学模型;随后,基于等效阻尼比的概念和我国规范的抗风设计方法,建立了自立式高耸结构风振控制的统一设计方法;最后,针对数值算例,进行了风振控制装置设计,并通过时程分析方法验证了该方法的有效性。研究结果表明,所设计的三种环形调频减振装置适用于自立式高耸结构的风振控制,建立的简化设计方法与时程分析的结果平均误差仅为5.37%,具有较高的精度,可用于自立式高耸结构的风振控制设计。

高层建筑和高耸结构抗风设计评述

系统总结了高层建筑和高耸结构抗风设计的国内外研究成果。首先介绍风振反应和风振控制的研究进展情况，且进行了全面系统的评述，然后提出若干值得研究的问题。

基于数码摄像技术的高耸结构动态特性监测

在结构健康监测领域,基于数码摄像的图像处理技术作为一种新的结构振动监测方法正受到广泛关注。以主结构建成后的广州新电视塔为研究背景,利用工业数码摄像机对其在一般风荷载作用下的动态特性进行监测试验,并与GPS和加速度计同时测量。数据分析结果表明,利用数码摄像系统获得的塔顶动位移时程曲线与GPS获得的动位移曲线吻合得较好;利用数码摄像技术能够准确的识别高耸结构的低阶振动频率,其获得的结构一阶振动频率,与GPS、加速度计识别结果以及有限元分析结果吻合得很好。研究结果表明,在高耸结构的健康监测中,应用数码摄像技术进行结构动态特性监测是一种有效的新方法。

高耸结构驰振分析

结合我国规范，提出高耸结构稳态驰振响应和驰振临界风速分析方法。并根据风洞试验提供的气动参数着重分析了矩形横截面高耸结构的驰振，得到了正方形和长宽比为２∶１的矩形横截面高耸结构稳态驰振响应计算公式，及驰振发生与突变的临界条件。最后，应用本文方法计算了一矩形横截面高耸结构的驰振响应和临界风速，得到了一些对工程设计很有意义的结论。

调谐液体阻尼器对高层建筑和高耸结构动力反应控制研究综述

本文就调谐液体阻尼器（ＴＬＤ）对高层建筑和高耸结构动力反应控制的研究迸展作了综述。重点介绍了ＴＬＤ减振控制的理论与试验研究主要成果、部分工程应用实例与控制效果，并指出了今后值得进一步研究的某些问题。

自立式高耸结构悬吊式TMD减振动力试验与分析

围绕自立式高耸结构悬吊式调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD)减振试验展开研究。首先,以某真实高耸结构为原型,基于欠人工质量模型理论设计了试验模型,并通过数值分析和实测结果验证模型合理性。针对该模型开展了原结构的静、动力试验,进而基于模式搜索算法对数值分析模型进行了修正。最后,进行了自立式高耸结构TMD减振试验,并结合数值模拟对试验结果进行了分析。研究表明,基于模式搜索算法的高耸结构模型修正方法,仅需迭代50次即能收敛,是一种高效的数值模型修正方法;附加TMD后,试验模型阻尼比增加了0.02,可见在自立式高耸结构中采用悬吊式TMD能够有效抑制其振动。

高耸结构建造阶段环境振动测试与模态分析

以建造阶段的广州新电视塔为研究背景,详细介绍了在一般风荷载激励下,对其进行的一次环境振动测试,然后用频域法和时域法两种不同的方法识别出了在测试阶段电视塔的前十阶模态频率及相应的振型和阻尼比,并与SAP2000有限元模型的计算结果进行了比较。结果表明本次频率的测试值和理论值低阶模态频率符合得很好,但高阶存在一定的差异。表明此次环境振动测试结果可以用来修正电视塔的初始有限元模型,从而为今后的健康监测和损伤检测提供较精确的基准模型。

高耸结构环形TLD控制的多目标遗传优化设计

针对高耸结构风振控制的优化设计开展研究。首先,根据高耸结构和环形调谐液体阻尼器(Tuned Liquid Damper,TLD)的特点,建立高耸结构环形TLD控制的动力学模型。随后,基于多目标遗传算法NSGA-II(Nondominated Sorting Genetic Algorithm Ⅱ),直接以环形TLD的几何参数为设计变量,以结构响应和阻尼器行程为目标,建立高耸结构风振控制多目标优化设计方法。最后,针对某高耸结构的风振控制问题,编制程序对其进行环形TLD优化设计的研究。研究表明,该方法是一种高效的高耸结构环形TLD优化设计算法,设置种群数和进化代数为30以上,即能够在满足约束条件的前提下快速、有效地得到Pareto最优解集,方便工程师从中选择符合实际需要的最优解并完成设计。

多向地震耦合作用下高耸结构土-结构动力相互研究

研究了水平地震与竖向地震耦合作用下,考虑土-结构相互作用以及二阶效应对结构反应的影响。采用集总参数法,推导了结构在竖向地震和水平地震作用下的运动方程,对某高层建筑的地震反应进行了数值分析。结果表明:考虑土-结构相互作用使结构周期延长,变形增大;竖向地震作用使结构的地震反应有不同程度的增加;考虑二阶效应后结构的位移反应以及层间剪力增加。故在设计建筑在软土地基上的高层及高耸结构时,应该考虑结构的重力二阶效应,考虑其对结构的整体稳定性的不利影响。

高耸结构驰振临界风速分析的精细时程积分法

应用精细时程积分方法对高耸结构驰振运动方程进行了分析,并确定了驰振临界风速。首先应用模态坐标变换得到系统无耦合的运动方程,然后应用精细积分法计算结构的时程响应,再根据结构响应的对数衰减率判断结构的临界风速。最后,通过计算一个矩形截面高耸结构的驰振临界风速验证了方法的正确性。

基于非线性能量吸振器的高耸结构减振分析

非线性能量阱(NES)类型的振子具有宽频吸振的特性,可利用其对高耸结构进行减振。通过建立相应的偏微分运动方程,并利用伽辽金法及Rauscher方法,获得了非线性模态的解析解,揭示了NES振子的吸振原理。再通过非线性有限元分析,对该系统振动特性随NES振子各参数的变化进行了研究。研究结果表明:NES振子存在最优参数从而明显地抑制结构振动,最大可使结构振动减为原来的20%左右;所提出的经验公式可方便地计算NES振子立方非线性刚度系数的最优值,且与有限元计算结果吻合。