随机人群行走下大跨楼盖的动力特性参数及加速度响应的变化规律

依据人在行走过程中变步长、变步频和变步速的关系,建立了一种随机人群步行荷载模型.基于薄板振动理论,推导了考虑人-结构相互作用的人群-大跨楼盖耦合动力方程,并通过编程计算,分析了随机人群作用下大跨楼盖动力特性参数与加速度响应的变化规律.结果表明:人群随机行走下,大跨楼盖瞬时频率先减小、后增大,瞬时阻尼比先增大、后减小;随着行走人数增多,大跨楼盖瞬时频率最小值显著降低,瞬时阻尼比最大值大幅增加,瞬时加速度和均方根加速度均呈先增后减的趋势;不同行走人数下,考虑与不考虑行人随机性时结构的加速度响应差异较大,其中瞬时加速度最大差异率可达到53.90%,均方根加速度最大差异率可达到61.57%.

新工科背景下混凝土结构课程群育教融合探索与实践

课程思政作为当前高校思想政治工作的新理念、新形势和新实践,是新时代背景下土木工程专业教师进行思政教育的主要途径.文章在综合分析混凝土结构课程群课程建设主要内容和课程思政教学理念的基础上,将思政教育目标有机融入教学大纲,优化教学内容与教学设计,改革教学方法与教学手段,凝练课程思政典型案例,总结课程思政特色与成效,在此过程中进行混凝土结构课程群的高水平专业思政队伍建设,不断提升专业教师的育教融合能力,培养综合素质优异的土木工程新型人才.

随机行走人群-大跨楼盖耦合振动及MTMD减振分析

为研究随机行走人群与大跨楼盖的耦合振动,基于随机人群荷载模型,推导出人群-大跨楼盖-TMD耦合动力方程,开展了随机人群行走下大跨楼盖动力特性参数及加速度响应的不确定性研究.结合遗传算法,建立了考虑人-结构相互作用的MTMD减振优化设计方法,并通过数值计算对比了单个TMD与优化MTMD的减振效果.结果表明,随机人群行走下,随着行走人数的增多,大跨楼盖一阶瞬时阻尼比大幅提高,一阶瞬时频率明显降低,且结构模态质量越小,相同行走人数下楼盖瞬时阻尼比的提升幅度与瞬时频率的下降幅度均越大.大跨楼盖加速度响应随着行走人数的增多先增大后减小,相同行走人数下的结构加速度随模态质量的减小而增大.大跨楼盖MTMD减振优化设计方法能够有效减小人群行走下楼盖的加速度响应,优化MTMD的减振效果明显优于单个TMD,最大提升率为46.36%.

“土木工程施工”课程教学改革探讨

文章通过分析“土木工程施工”课程的特点和教学现状,从“新基建”和“新工科”共同推进背景下培养适应新基建要求创新创业人才的需求出发,对“土木工程施工”课程的建设进行探讨,提出了“土木工程施工”课程教学应紧扣“新”的主题,及时更新教材或基于案例教学突出强调前沿施工工艺、技术、方法和理论,以校企协同育人为方向优化变革教学团队组建,落实实践教学环节,有效开展课程思政。

人群荷载下大型火车站房大跨楼盖振动舒适度控制研究

大型火车站房动力特性复杂,其大跨楼盖在人群荷载激励下容易产生较大振动。通过建立某大型火车站房的整体有限元模型,研究这类建筑中大跨楼盖的振动特性;随后对楼盖在各种不利工况人群荷载作用下的振动舒适度进行分析,重点研究人群荷载的模拟方法;进而在已有研究的基础上,提出在大跨楼盖上布置多组不同参数TMD(MTMD)的振动控制方法。根据大型火车站房的动力特性,对减振系统的布置位置以及参数设置提出实用的设计方法,其中各TMD的自振频率需要结合结构竖向自振频率以及人群荷载的激励频率来确定。工程实例的减振分析结果表明,设置MTMD系统并合理选取其参数后,人群荷载激励下楼板的竖向振动均可以得到较好的抑制,平均减振效果可以达到34.5%,从而使结构在使用时满足人体舒适度的要求。研究工作对同类大跨度楼盖的振动舒适度的分析和控制系统的设计具有重要参考价值。

高强U形外包钢-混凝土组合梁受弯性能

为研究高强U形外包钢-混凝土组合梁在静载作用下的受弯性能,对3根完全剪力连接的混凝土强度等级为C60、C80和外包钢板强度等级为Q420、Q460的简支组合梁进行了两点对称集中加载试验.分析了试件在弹性与弹塑性阶段的受力过程、荷载-挠度关系、U形外包高强钢板与内部高强混凝土应变的分布规律、外包钢板与组合梁端部滑移、裂缝发展情况以及破坏形态等;基于试验结果,提出了高强U形外包钢-混凝土组合梁正截面受弯承载力计算方法.研究结果表明:在静载作用下,高强U形外包钢-混凝土组合梁的受弯承载力比普通外包钢组合梁提高60%以上,位移延性系数分别为2.16、2.76和2.34,说明高强U形外包钢-混凝土组合梁受弯性能良好.

大型板装配拼接节点试验研究

提出了装配整体式钢筋混凝土大型板一种新的横向拼接节点构造,对9根新型横向连接预制板试件进行试验研究与承载力分析,量测并分析试件的荷载、挠度及应变,观测试件的裂缝发展情况和破坏过程.试件的破坏形态包括弯曲破坏、受剪破坏及轴向拉伸破坏等形式.试验表明,该新型横向连接节点连接可靠,具有良好的承载能力和延性.对新型横向连接节点的极限抗弯承载力、抗剪承载力以及受拉承载力进行了理论分析计算,计算结果与试验结果吻合较好.

大跨度组合楼盖人致振动分析与实测研究

为探讨大跨度组合楼盖的人致振动性能,基于单人脚步荷载模型,结合影响人群行走效应的因素,如人群分布、行走频率等,提出了一种人群激励的随机模拟方法.通过多点输入和时程分析法研究了某大跨度组合楼盖的人致振动反应,设计、研制了多组调谐质量阻尼器,并对该组合楼盖多个振动模态进行综合控制;实测了该大跨度组合楼盖在主体结构完成、整体结构完成2个阶段的动力特性;测试了阻尼器安装前、后组合楼盖在多种人群激励下的竖向加速度反应.研究结果表明:人群激励的类型和行走路线对楼盖振动反应影响显著;大跨度组合楼盖具有典型的模态密集特性,其在多种人群荷载激励下的竖向加速度反应较大;安装多组调谐质量阻尼器后,楼盖的人致振动反应显著降低且均满足人体舒适度的要求.

声发射和小波包分析在损伤状态监测中的应用

为应用声发射技术对结构的损伤状态进行监测与识别,基于小波包分析提出了一种在线损伤监测方法。采用D-S证据理论对声发射信号的小波包能量谱进行多源信息融合得到改进的小波包能量谱,计算Mahalanobis距离构建结构损伤状态判别指标,采用t检验的概率方法考察不同损伤状态下判别指标的变化情况。旋转轴承结构的声发射信号分析结果表明,D-S证据理论能够对声发射信号的小波包能量谱识别样本抽取有效信息,结构损伤状态判别指标具有良好的结构损伤识别能力,能够准确地实现对结构不同损伤状态的识别。

人行荷载模型与人致结构振动试验研究

为建立大跨楼盖结构人行荷载模型及人致振动分析方法,开展了楼盖模型结构人致振动试验研究.基于实测的动荷载因子值,建立了人行荷载傅里叶级数模型.依据结构动力学原理,建立大跨楼盖结构人致振动方程,采用Wilson-θ法及有限元分析计算大跨楼盖人致振动响应.基于7.7 m×4.7 m楼盖模型结构,开展了单人及多人不同行走频率工况下的人致结构振动试验,讨论了模型结构人致振动加速度响应的变化规律,并对比分析了理论计算与试验结果.结果表明,多人固定步频行走下的结构振动响应明显高于自由行走下的结果.不同工况下的模型结构人致振动试验结果与计算分析结果均较为吻合.建立的人行荷载模型及人致振动分析方法能有效预测人行荷载激励下大跨楼盖的振动响应.

随机人群行走下人行桥动力特性参数及加速度响应

为考虑随机行走人群中个体间差异性和个体内随机性,提出了基于步长的随机人群行走构建方法,推导了考虑人-结构竖向相互作用的动力方程,建立了随机人群行走下人行桥振动响应分析方法,并分析了人行桥结构动力特性参数的变化规律.结果表明,考虑人-结构竖向相互作用时,人群行走会显著影响结构的阻尼比和频率.随着人流密度的提高,人行桥瞬时阻尼比明显增大,瞬时频率大幅降低.当人群密度恒定而行人分布不断拥挤时,人行桥瞬时阻尼比先增大后减小,瞬时频率先减小后增大.随着人流密度的提高,人行桥竖向峰值加速度和均方根值加速度响应均先增大后减小,人流密度为0. 5人/m^2时,人行桥竖向加速度响应最大.

中小学砌体结构校舍的隔震加固技术研究

本文以抗震设防8度区的山西省某小学4层砌体结构教学楼抗震加固为背景,探讨了采用隔震技术对多层砌体房屋进行抗震加固的计算分析方法、施工工艺及相应的关键技术。结果表明,叠层橡胶垫基础隔震加固可以有效降低上部结构所受的地震作用,能够在一定程度上提高工程结构的安全性,是一种比较有效的建筑抗震加固技术。在高烈度区对砌体结构校舍进行抗震加固时,采用隔震加固技术比传统加固方法更具有优势。相关成果对于中小学砌体结构校舍抗震加固具有重要的参考价值。

考虑行人同步率的随机行走人群模型

为了研究行走人群协同性对结构人致振动的影响,基于考虑行人同步率的随机行走人群模型,对人群行走下人行天桥的竖向振动问题就行了分析.首先通过行走人群随机性分析,提出了考虑行人同步率的随机行走人群集中模型和离散模型;其次在两类模型下考虑人-结构竖向耦合作用,建立了随机行走人群作用下结构竖向振动响应分析方法;最后对比分析了人行天桥在不同随机行走人群模型下的竖向加速度响应和动力特性参数的变化规律.研究结果表明:两类模型行人行走下,人行天桥的1 s均方根加速度响应随人群密度的提高先增大后减小;人群密度超过0.2人/m^2后,随机行走人群离散模型下的人行天桥1 s均方根加速度大于集中模型,且增大集中模型同步区行人间距有利于减小结构振动响应;随着人群密度的增大,人行天桥瞬时频率不断减小,瞬时阻尼比则先增大后减小,集中模型和离散模型下人行天桥瞬时阻尼比分别最大提高到6倍和7倍;考虑行人同步率的随机行走人群模型能准确反映人行天桥实际所受到的人群行走荷载作用,可为人行天桥人致振动响应分析与评估提供参考.

行人动力学参数对大跨简支人行桥人致振动的影响分析

为研究行人动力学参数对大跨结构人致振动的影响,采用等效人体模型参数识别试验研究了人体模型的自振频率和阻尼比,编程求解了考虑人-结构竖向相互作用的人行桥人致振动方程,讨论了人体质量、人体刚度、人体阻尼及人行荷载等行人动力学参数对人行桥动力特性及人致振动响应的影响规律.结果表明,人行荷载模型中人体质量可取中国男性居民平均质量66.2 kg.等效人体模型的自振频率和阻尼比分别取为5.15 Hz和35.62%.人行荷载作用下,人行桥一阶瞬时频率先减小后增大,一阶瞬时阻尼比先增大后减小.随着人体质量或人体等效阻尼的减小,瞬时阻尼比和频率的变化幅度均有所减小,但随着人体等效刚度的减小,两者的变化幅度均有所增大.人行桥跨中均方根加速度响应随着人体质量或人体等效刚度的增大也相应增大,而人体等效阻尼对人行桥加速度响应的影响较小.采用不同人行荷载模型计算的人行桥均方根加速度最大值是最小值的1.83倍.

典型体育场屋盖风荷载特性的风洞试验研究

对某一具有代表性的大型体育场刚性模型进行了表面测压风洞试验,介绍了试验所采用的主要技术参数和基本的数据处理方法,分析了结构典型测点在不同风向角下的风压变化规律,给出了该体育场屋盖上的对应于50年和100年重现期的10min平均风压值及前10个最小极值风压值。分析表明:风压系数平均值分布规律明显,能体现屋盖上流场分布的情况;均方根值能在一定程度上反映出气流分离和旋涡脱落情况。典型体育场屋盖上表面主要分布负压,其中迎风边缘及突出部位较大,低凹处及尾流区域较小;屋盖下表面在迎风的钝体边缘有较大区域正压出现,背风处分布有不大的均匀负压。

人-结构竖向相互作用两类简化模型分析

基于质量-刚度-阻尼(mass-spring-damper,MSD)和质量-刚度-阻尼-附加质量(mass-spring-damper-rigid mass,MMSD)两类简化分析模型,采用正则化结构振型函数建立简化的人-结构竖向相互作用动力方程.针对具有非比例阻尼特性的动力方程,采用状态空间法求解耦合系统瞬时频率和阻尼比,讨论两种耦合动力方程的区别以及结构在人行荷载作用下频率和阻尼比的变化规律,分析人-结构耦合状态下结构加速度响应的差异.结果表明:考虑人-结构竖向相互作用时,两类动力方程的结构阻尼比显著增大,结构瞬时频率略有减小,瞬时阻尼比峰值平均提高31.67%,瞬时频率峰值平均仅减小0.29%;结构人致振动分析时应考虑人-结构竖向相互作用;MSD和MMSD两种模型分析情况下,结构动力响应差异很小,均方根加速度值的差异仅为0.34%.

考虑人体舒适度的大型火车站房楼盖振动控制研究

近年来,各地纷纷兴建大型火车站房,这类建筑中的楼盖大多为大跨、轻质和低阻尼结构,本文基于人体舒适度考虑,对这些大跨楼盖进行振动舒适度的分析。首先,建立某大型火车站房的整体有限元模型,研究这类建筑中大跨楼盖的振动特性;随后,对楼盖在各种不利工况人群荷载作用下的振动舒适度进行分析;最后,在已有研究的基础上,提出了大跨楼盖多重调谐质量阻尼器(Multiple Tuned Mass Dampers,简称MTMD)减振设计方法。结果表明,利用该方法设计MTMD减振系统,可以有效地控制大跨楼盖的竖向振动,各工况下的平均减振率可达34%,从而使结构在使用时满足人体舒适度的要求。

一种基于经验模式分解的结构损伤预警方法

提出了一种基于经验模式分解的结构损伤预警方法。首先,将结构反应信号用经验模式分解方法分解成一系列固有模态函数;然后,利用固有模态函数在结构损伤前后的能量分布变化来表征结构因损伤引起的动力特性改变;最后,计算结构的损伤预警指标。应用该方法对健康监测Benchmark模型结构进行分析,采集模型在锤击激励下结构损伤前后的动力响应,计算了结构损伤预警参数及其损伤预警指标。试验数据分析表明,基于经验模式分解的结构损伤预警指标具有良好的损伤预警能力,能够准确地判断结构初期损伤的发生。

新型外包钢-高强混凝土组合梁的试验研究

针对普通混凝土组合梁在理论及工程应用上存的问题,首先提出了新型外包钢-高强混凝土组合梁,进行了8根足尺简支梁的试验研究,考虑的主要参数有截面几何特性、混凝土强度、跨高比等,分析了外包钢-高强混凝土组合梁试件荷载-位移曲线,荷载-应变关系和应变沿截面高度的分布,认为外包钢-高强混凝土组合梁具有较优越的力学性能和良好的工程应用前景。与一般的组合梁比较,其抗弯承载能力更高,延性好,施工方便,耐久性更高,整体经济效益优良,适用于跨度较大的结构。采用三维实体模型,对外包钢-高强混凝土组合梁进行非线性有限元分析,程序计算结果与试验结果比较吻合。

新型内套筒装配式梁柱节点力学性能研究

为有效解决钢框架梁柱节点焊接处脆性破坏问题,提出了一种新型内套筒装配式梁柱节点连接形式,其主要由八边形内套筒连接件、槽钢及加劲L型连接件对上下柱体和钢梁进行装配式全螺栓连接.通过ABAQUS有限元软件对新型节点静力性能及抗震性能进行数值模拟,深入研究节点单调荷载作用下的承载能力、破坏模式及循环荷载作用下的滞回性能,并分析八边形内套筒、槽钢及加劲L型连接件厚度对节点承载能力的影响.结果表明:三者厚度的增加可以有效提高节点初始刚度及承载能力,其中加劲L型连接件厚度的影响更为显著;新型节点滞回曲线整体较为饱满,骨架曲线极限转角为0.091rad,远大于美国标准FEMA的0.03rad,具有优越的承载能力与抗震性能.研究结果可为钢框架梁柱连接节点结构体系的工程实际应用提供参考.