顶部带FPS-TMD系统的高耸结构风振控制效益分析

将摩擦摆FPS和调谐质量阻尼器TMD系统相结合,建立和推导了顶部带FPS-TMD系统的高耸结构在风荷载作用下的风振控制非线性动力方程,讨论了利用Newmark-β法和迭代法结合求解上述非线性动力方程的解法。以广州新电视塔为例,通过选用影响其风振控制效果的不同参数(主体结构阻尼比,主次系统质量比,滑道不同摩擦因数以及滑道半径等)作用下的主体结构风致位移和加速度对比,对顶部带FPS-TMD系统的高耸结构风振控制效益进行综合分析。分析结果表明,相比无控结构而言,在不同控制参数情况下FPS-TMD系统具有不同的减振效果,通过合理选择FPSTMD系统的控制设计参数,可使得主体结构能够达到最佳减振效率。

竖向人-结构相互作用体系理论模型研究

随着大跨度和柔性建筑结构的广泛应用,考虑到高密度人群对于结构稳定性及安全性的影响,人-结构相互作用体系的研究显得尤为重要。将串联和并联的两自由度人体模型分别作用于单自由度结构模型,得到三自由度人-结构相互作用体系模型。考虑人体的高阻尼特性,分析人-结构体系的受迫振动运动方程,通过加速度响应函数分析得到体系的共振频率。将模型结果与现有文献报道的试验数据进行对比,结果表明,通过单纯形法对人体参数进行针对性优化后,提出的串联三自由度理论模型可以较为准确地模拟试验结果。

人-结构系统的水平耦合振动特性实验研究

针对人-结构系统问题,建立了人-结构振动实验平台,研究人(静止站立)-结构系统水平振动特性。对比平台结构和质量块-结构系统,表明附加质量块的质量块-结构系统水平自振频率会显著降低;对比平台结构和人(静止站立)-结构,表明人-结构系统的水平自振频率会降低,但与重量相当的质量块-结构系统相比,降低幅度相对较小;对比平台结构和人-结构系统以及质量块-结构系统和人-结构系统的前三阶阻尼比,表明人静止站立在结构上,会对结构产生明显的阻尼效果,并且当考虑结构上人的动态特性作用时,只将人简化为质量块附加在结构上是不正确的。

大跨屋盖结构风效应的风洞试验与原型实测研究

以广州国际会展中心为工程案例,进行了刚性模型风洞试验和有限元模态分析,在此基础上计算了屋盖的风致位移响应,结果表明,对于屋盖风振响应影响最大的因素是结构的基阶振型,其次才是风荷载;随着阻尼比的增加,位移响应谱的共振峰得到了有效平抑,峰值位移响应也随之减小.基于现场实测,提出功率谱点积识别大跨屋盖结构竖向整体振动固有频率的方法,并与有限元计算结果进行了对比分析,实测得到的前4阶固有频率与振型均能与有限元模型较好吻合,其中基阶固有频率的相对误差仅为0.3%,证明了该方法的有效性.

广州国际体育演艺中心钢屋盖支撑卸载模拟分析及监控

大跨度钢屋盖施工过程中受力情况与成型后是不同的,须考虑施工过程中结构体系的变化;结合广州国际体育演艺中心钢屋盖支撑卸载工程的施工特点,给出其支撑卸载的总体方案,应用ANSYS有限元分析其卸载过程,确定卸载过程中应力和变形的变化范围,并与实测数据对比分析,积累的经验和数据可为类似结构的卸载提供借鉴.

单点水平激励下钢管混凝土拱结构抗震设计研究

利用低周往复加载静力试验,基于屈服时各抗震性能指标值的正则化处理方法,研究单点水平往复荷载作用下某平面单层单跨强柱弱拱型钢管混凝土拱结构的抗震性能。试验结果表明:弹性阶段的开裂荷载、滞回环面积、强度、环线刚度及等效粘滞阻尼系数等抗震性能指标可忽略加载方向的影响;屈服后强度、刚度、结构廷性系数及强屈比正向加载值大于反向加载值,按反向加载进行极限状态设计更可靠,但滞回环面积和等效粘滞阻尼系数等耗能指标偏小。

超高层建筑结构风致振动的动力参数敏感性研究

以广州珠江城为例,分析了超高层建筑结构风致振动对于阻尼比和峰值因子取值的敏感性.结果表明:一方面,结构的顶部加速度响应及基底倾覆弯矩响应均随阻尼比的增长呈负指数衰减规律,极端情况下,阻尼比取0.01的加速度响应计算结果比阻尼比取0.04的工况大100%以上;另一方面,由横风向涡激振动引起的基底倾覆弯矩响应对阻尼比的敏感性远大于由顺风向湍流引起的基底倾覆弯矩响应.分析认为:这是由于顺风向湍流引起的基底倾覆弯矩响应很大一部分由平均风荷载贡献,而该部分在计算过程中是按照静力荷载施加在结构上的,不受阻尼比取值的影响.在不利风向角工况下,峰值因子取值在2.5～3.5的范围内变化时,加速度响应及基底倾覆弯矩的变化幅度基本在20%以内.

B-R准则在大跨空间结构风致动力稳定中的应用

大跨空间结构在风荷载下容易出现动力失稳,属于非保守荷载下复杂系统的动力稳定性,目前研究得较少.动力稳定性问题因具体问题而采用不同的研究方法,首要任务是确定合适的动力失稳判别准则.李亚普诺夫运动稳定性理论是研究动力稳定问题的经典理论,但难以直接应用于复杂结构.BUDIANSKY等提出的B-R准则基于动力响应来判定系统的动力稳定性,可以较好地适用于非保守荷载下结构系统的动力稳定性研究.通过理论分析和算例验证,文章阐明B-R准则本质上是李亚普诺夫意义上的动力失稳判别准则.然后通过对一单层柱面网壳干煤棚模型进行风洞试验,获得结构表面的风荷载时程.根据试验结果,对结构系统进行非线性动力分析,进一步验证了B-R准则在大跨空间结构风致动力稳定性研究的适用性.

框架结构内环境振动波传播规律研究

以实测环境振动波作为输入波,采用有限元方法,以加速度作为指标,在时域和频域内深入研究各种振动波在框架结构内的传播规律。研究结果表明:环境振动波和地震波的主要频谱范围存在明显差异,环境振动波相互之间的频谱分布范围也有较大不同;由于输入振动波主要频率范围的不同,加速度在楼层间的传播特点不尽相同;振级在楼层间的分布特点与加速度峰值有不同;存在一个结构高宽比使得分析结构的竖向加速度峰值响应最大。

广州国际体育演艺中心钢屋架施工组装模拟分析

大跨度钢结构在施工过程中结构可能失去平衡而倒塌、或因局部构件、节点强度不足而破坏,需要对施工各阶段结构的受力状态及性能进行分析计算,确保结构在施工过程中的安全性。本文以广州国际体育演艺中心钢屋架为例,应用ANSYS有限元分析其结构组装施工各阶段,总结出结构变形和应力分布特征。

环境振动作用下框架结构基础隔振研究

选取3条实测环境振动波和1条地震波,自编有限元程序,深入研究框架结构基础隔振技术对环境振动的减振效果。表明采用隔"震"层设计方法得到的隔"振"层设计参数,水平向环境振动的减振效果达90%以上,说明基础隔"震"技术对于水平环境振动具有非常好的减振效果。对于竖向隔振,环境振动的减振效果也可达到40%左右。

环境振动波作用下结构竖向TMD控制技术

选取实测环境振动波和地震波,以加速度作为指标,深入研究TMD振动控制技术对竖向环境振动波的减振效果。研究表明:TMD对竖向环境振动的控制效果与输入振动波自身的特性有很大的关系,选择TMD作为减少竖向环境振动的技术措施时,需要明确结构所受环境振动波的特点,确保减振效果。

基于放大式节点阻尼器的框架结构抗震性能研究

针对普通节点阻尼器在层间位移角较小时无法充分发挥阻尼器性能的问题,基于杠杆原理提出一种新型位移放大式节点阻尼器。首先介绍阻尼器的基本构造、工作原理并建立数值模型;然后建立含阻尼器的多尺度框架模型,开展结构静、动力弹塑性分析,探讨位移放大阻尼器与无放大阻尼器对框架结构抗震性能的影响。研究结果表明:放大式节点阻尼器耗能能力为无放大阻尼器的5.7倍;在多遇及罕遇地震作用下,相比布置无放大阻尼器的框架结构,布置放大式节点阻尼器的框架结构基底剪力响应分别减少13%、6%,层间位移角分别减少13%、11%,有效提升了结构的抗震性能。

基于Ritz-POD法的格构式塔架结构风致振动分析

根据自立式塔架结构脉动风荷载的空间分布形式,实现了本征特征分解(proper orthogonal decomposition,POD)和基于荷载-里兹模态分析相结合的Ritz-POD算法求解Ritz振型,并结合谐波激励法(harmonic excitation method,HEM)和荷载-响应相关法(load response correlation method,LRC)实现了塔架结构风振响应和等效静力风荷载(equivalent static wind load,ESWL)的高效分析。计算结果表明:采用40阶基于荷载-里兹振型和100阶传统自由振动振型计算的节点风振响应和等效静力风荷载结果及变化规律一致且二者吻合度高,说明较少阶Ritz振型的计算精度是能够保障的。并且较少阶Ritz振型减少了谐波激励法与荷载-响应相关法的运算工作量,提高了风致振动分析的效率。另外,本文利用大型通用有限元软件SAP2000基于MATLAB系统的应用程序接口(API)开发环境,实现了塔架结构风致动力响应和等效静力风荷载的高效分析平台,可为其他大型复杂工程的风致振动分析提供参考。

结构模态参数识别的改进多重随机减量法研究

针对高层建筑结构周期长、阻尼比小的特点,提出改进的多重随机减量法,结合亚伯拉罕时间域法对此类长周期高层建筑结构的自振频率和阻尼比等动力特征参数进行系统识别.结合利通广场某次强/台风影响时实测到的风致加速度信号,采用改进的多重随机减量法对其自振频率和阻尼比,并与传统随机减量法和随机子空间法识别的结果进行对比.分析结果表明,改进的多重随机减量法具有对此类结构动力特征参数进行辨识的可靠性及高效性.

人体--结构系统的水平振动实验

针对静止状态人对结构水平振动特性的影响,建立实验平台,分别测试并分析了质量块-结构系统、单人-结构系统、多人-结构系统水平自振频率与阻尼比变化规律.给出了两种人-结构系统静态水平耦合模型的比较分析以及人体的水平振动频率估计.结果表明:在分析静止状态下人对结构水平振动特性的影响时,人体不可简单作为质量块或质量-弹簧-阻尼系统,而应看作带人体刚性质量的质量-弹簧-阻尼系统.结合实验测试数据和人-结构系统水平耦合模型,得到人体水平前后向频率范围为0.236～3.748 Hz,人体水平左右向频率范围为0.194～5.32 Hz.

实际和模态加速度约束对高层建筑结构抗风优化设计影响的比较研究

在超高层建筑结构设计过程中,结构舒适度是不可或缺的指标之一,舒适度问题可以通过结构自振频率约束来实现。本文基于CAARC的质点系简化模型,针对风洞实验得到的数据,分别以0°风向角、90°风向角(x与y方向)为研究对象,并对模态加速度与实际加速度反推得的频率值作对比,将频率约束加入到模型中,进行了结构参数确定性的结构抗风设计优化。结果表明,模态与实际情况下的优化结果有所差异,模态加速度约束下得到的频率较低,因此优化空间相对更大,且能够得到第j态的频率而实际加速度约束下得到的频率限值只能满足振型第1阶的,同时模态响应极限状态方程只考虑均方根部分,忽略了峰值因子项,避免了各国规范对峰值因子不同的取值造成的误差,因此本案例的模态加速度约束的反推频率更加适合。

既有人行天桥电梯设施加装研究——以广州市为例

通过对广州市主城区人行天桥电梯建设的现状进行实地调查,发放调查问卷了解市民对人行天桥电梯的实际需求,并结合国内外各大城市的天桥电梯发展状况和建设经验,总结出我国当代城市为既有人行天桥加装电梯需考虑的一般原则,并针对广州市提出可行的人行天桥电梯加装方案.

人群竖向荷载诱发结构水平振动试验研究

采用试验的方法研究结构的竖向-前后耦合振动现象,建立结构试验模型,采用激振器施加竖向周期性荷载,测试9种不同组合模型、5种不同荷载、3种不同激振位置3种工况下试验模型的水平振动情况.测试结果表明对称结构在非对称竖向荷载作用下会产生明显水平位移,且竖向荷载频率接近于结构水平固有频率时将产生共振现象.

广州市主城区天桥顶棚加装需求调查研究

本文通过对广州市主城区人行天桥顶棚加装需求的调查,发放问卷400份,分析广州市民对天桥顶棚实际需求情况,并结合调查地区的现实情况,提出加装顶棚相关建议,以期对政府完善天桥顶棚提供参考性意见。