直立锁边金属屋面系统抗风设计与结构承载力试验

直立锁边金属屋面因抗风揭强度不足常出现风揭破坏。为了详细分析直立锁边金属屋面系统的抗风揭性能,首先,提出了抗风设计关键技术问题。然后,对屋面关键部位的风荷载计算和屋面系统的结构抗力进行研究。最后,对如何选择抗风揭试验方法来获得结构承载力进行对比分析。结果表明,在计算屋面风荷载时,应重点关注局部关键部位,采取规范计算和风洞试验相结合的方法进行验证;在确定直立锁边金属屋面系统结构承载力时,需综合考虑抗风揭静态和动态试验结果。

大跨索穹顶屋盖结构风洞试验及敏感风速研究

大跨索穹顶屋盖结构频率密集,其风振动力响应复杂,不同风速下脉动风响应对大跨索屋盖结构的风敏感性影响一直是当前风工程研究的热议难题。针对大跨索穹顶屋盖结构,设计制作了缩尺比为1∶250的试验模型,在B类地貌下开展了36组风洞测压试验,研究了全风向角下大跨索穹顶屋盖结构的风压峰值分布规律和典型不利风向角,最后基于风洞试验数据,探究了索穹顶屋盖在不同风速等级下的风振敏感性。结果表明:索穹顶屋盖主要以承载负风压为主;屋面以承载Z向负风振位移响应为主,呈现中心区域向周边下降的变化规律;屋面Z向风振位移响应随风速增大而递增,平均风响应随风速增大呈线性递增;部分风速等级下索穹顶屋盖的脉动风位移响应和总极值位移响应敏感,且风振系数较大;结构屋面响应最大点处风压系数时程傅里叶变换幅值在结构前10阶部分频段为峰值,表明索穹顶屋盖结构存在敏感风速范围,其脉动风响应显著,且与结构模态自振特性密切相关,抗风设计时应找出敏感风速范围,并对响应显著区域加强抗风设计。

沿海地区索结构体育馆风洞试验与群风效应研究

针对两类屋面型式(上凸型和下凹型)、四种屋盖结构(单层马鞍形索网、轮辐式双层索网、索穹顶、弦支穹顶),设计制作了缩尺比分别为1∶250、1∶200两个试验模型,在B类地貌下开展了60组模型风洞试验,探究了全风向角下两类屋盖结构的风压峰值分布规律,分析了不同风向角、邻近建筑对目标建筑物风压特性的影响规律。结果表明:全风向角下来流方向无邻近建筑影响时,两类屋盖迎风面区域的负风压峰值最大,分别较上凸型和下凹型屋盖中间区域的负风压峰值高约3.0、1.5倍;屋盖中间区域风压峰值分布均匀,以承载负风压为主,仅下凹型屋盖中部出现正风压;风向角对屋盖风压分布的影响主要体现邻近建筑物的干扰上,其对屋盖平均和脉动风压系数的影响以来流方向无邻近建筑时最大、来流方向有邻近建筑时次之、尾流方向有邻近建筑物时最小;屋盖迎风面测点风压概率分布具有明显的非高斯特征,存在极大负压值,而屋盖中间和尾流区域的测点风压具有典型的正态分布特征。

自钻自攻螺钉与不同基材连接节点抗拉拔承载力试验与理论研究

螺钉与基材连接节点的力学性能是大跨金属屋面研究的关键问题之一,可靠的连接节点是确保屋面抗风安全的重要组件之一。开展了碳钢螺钉与铝基材(CSA节点)、不锈钢复合螺钉与铝基材(SSA节点)、不锈钢复合螺钉与钢基材(SSS节点)三类节点共360组样本试验研究,分析了三类节点的损伤失效模式,揭示了抗拉拔承载力的参数影响规律,建立了节点承载力设计计算公式。结果表明:两种钻入方式下三类节点均呈现螺钉与基材共同承载、到二者咬合处产生损伤变形行为、再到螺钉被拔出基材的失效模式,节点抗拉拔能力依次为SSS节点、CSA节点、SSA节点;基材厚度、螺钉直径和螺距均对节点承载力产生影响,尤以基材厚度和螺距最为显著,同等条件下改变螺距对三类节点承载力的影响最高达94.54%;所提三类节点承载力设计计算公式与试验结果吻合度良好。

基于力等价结构的复杂超静定结构求解新方法研究

超静定结构内力计算是结构力学课程学习的重点和难点,当超静定次数较多时,采用传统方法计算时难度极大且不易理解。本文总结提出了力等价结构思想,力等价结构与原结构在内力、变形上完全等价,基于该思想提出了复杂超静定结构内力计算的新方法,并将其应用到位移法、混合法求解多次超静定的复杂结构算例中。通过与传统方法对比,验证了所提力等价结构思想的可行性。所提方法可大大降低复杂超静定结构基本未知量的数目,简化计算过程,提高求解效率。

基于AK-SDMCS的含缺陷核管道可靠性分析

为克服含缺陷核管道可靠性分析面临的计算效率低、精度差等问题,本文基于参数空间球分解思想提出了一种改进的主动学习Kriging代理模型方法。首先,给出含环向内表面缺陷核管道的主要失效模式和随机参数,并建立极限状态方程;其次,基于球空间分解思想改进主动学习Kriging模型方法,克服现有方法在求解小失效概率时主动学习本身计算量过大的缺点;最后,将所提方法应用于含缺陷核管道可靠性分析,并通过3个算例进行验证。结果表明,所提方法具有较高的计算精度和效率,可为含缺陷核管道可靠性分析提供有效手段。

大跨索屋盖结构风振动力计算新方法研究

大跨索屋盖结构风振动力响应复杂,传统采用等效静力风荷载计算其风致振动响应的适用性一直是当前大跨结构研究的热点。针对下凹型(单层马鞍形索网)和上凸型(轮辐式双层索网、索穹顶、弦支穹顶)四类典型大跨索屋盖结构,以四类结构风洞试验测试数据为基础,结合最近邻点插值方法研究提出了基于节点动力风荷载(模式一)和面组分区动力风荷载(模式二)两种荷载取值计算模式及其计算流程,并与传统基于等效静力风荷载的取值计算模式(模式三)进行对比,在四种不利风向角下探究四类典型索屋盖采用三种荷载取值模式时的风致振动响应。结果表明,基于模式一与模式二计算得到的索屋盖结构风振响应均较模式三要高,采用节点风荷载的取值计算模式一能更为精确地反映屋盖结构实际承担的风荷载,有效表征屋盖结构的实际风振响应;在上下游均无临近场馆影响下,下凹型和上凸型索屋盖的平均和脉动风振位移响应云图总体分布规律较为一致,但响应大小变化规律不一,下凹型呈现中间大、周边小的逐渐递减的规律,而上凸型屋盖呈现中心区域小、中间环带大、周边再次下降的变化规律。

温度作用下直立锁边铝合金屋面系统力学性能试验研究

直立锁边铝合金屋面系统常受到周期性的太阳辐射、温度变化和其他环境影响。通过试验研究温度作用下直立锁边铝合金屋面系统的变形和应力分布规律,分析不同约束条件和加载温度对板肋、支座和板面处的应力和屋面板位移的影响。试验结果表明,直立锁边铝合金屋面系统应力集中和热膨胀位移显著。随着温度的升高,各部分应力逐渐增大,板肋应力最大占屈服强度的83.7%,板面应力次之,板底应力最小。屋面板的水平位移明显大于竖向位移,最大水平和竖向位移分别为20.42、6.1mm。随着约束边界的改变,板肋、支座、板底和板面应力最大增加22.6%、32.4%、23.2%和18.9%,一端固定约束下水平位移最大,两端固定约束下竖向位移最大。研究成果可为大型直立锁边屋面系统抗温度场设计和应用提供参考。

几何组成分析中约束等效变换思想的应用

几何组成分析是结构力学课程的重要内容,也是结构进行内力和变形计算的必要步骤。在求解多样化的平面杆件体系时,学生不仅需要灵活运用解题技巧,更需要在碰到复杂平面体系时,有突破和创新的思维。对于无法直接采用基本组成规则分析的复杂平面体系,除采用“零载法”等需要进行烦琐内力计算的方法外,还可通过等效变换的思想快速简化原体系而进行几何构造的分析。为此,该文基于支座链杆与体系链杆等效、虚铰与实铰等效和支座链杆平移等效等约束的等效变换思想,高效、合理地简化体系,进而利用基本组成规则进行几何组成分析。灵活、综合地运用约束等效变换思想,可为复杂平面体系的几何组成分析提供新的思路,最终提高学生在结构力学课程中对平面体系类型和组成规律的理解能力。

高层结构风振性能水准的二级模糊综合评价研究

针对风振作用下高层结构的性能状态,引入模糊综合评价理论,研究高层结构风振性能水准的评价因子,给出上部结构、外部环境和地基与基础三类评价因子划分的等级标准。建立高层结构风振性能水准预测的层次评价体系,提出高层结构风振性能水准的二级模糊综合评价模型,并基于Matlab语言编制了结构风振性能模糊概率预测的计算程序。将所提模糊综合评价模型用于广州某四个高层结构风振性能水准的预测评价中,计算结果表明模糊综合评价模型可充分考虑影响结构风振性能水准的各种不确定信息,能根据权重系数的大小对所有评价因子的影响均衡兼顾,进而实现对高层结构的风振性能状态进行很好的预测;二级模糊综合评价模型能更加合理地考虑各评价因子的权重系数,计算结果优于一级模糊综合评价。研究结果可为工程结构抗风设计和加固改造提供参考指导。

耗能减振层对某超高层结构的减振控制研究

以某288 m超高层框架-核心筒结构的减振控制为研究对象,针对该工程的自身特点提出了设置非线性粘滞阻尼器、铅粘弹性阻尼器耗能减振层的六种控制方案。在10年一遇风振作用下,利用改进的自回归AR模型模拟了结构Y方向的脉动风荷载时程,并对该结构进行了不同控制方案下的风振控制研究,同时针对该结构进行了7°小震和中震作用下的阻尼减震控制研究。对比分析了不同控制方案下耗能减振层对结构地震与风振作用的减振效果,结果表明本文提出的六种控制方案不仅能有效抑制结构的风致振动,显著改善结构的风振舒适度,对结构顶层峰值加速度响应的最大降幅达40%,而且还能提高结构在地震作用下的可靠性,进一步证明了耗能减振层对于超高层结构抗风与抗震的有效性和可行性,提出了风振与地震作用下设置耗能减振层超高层结构的分析与设计建议。

高层结构群风压力分布与干扰效应

为研究群风环境中高层结构的风压分布特性与群风干扰效应,采用1:300缩尺刚性模型风洞试验,在24种风向角下分析了高层结构风荷载特性的群风效应,研究了结构的压分布特性与群风干扰效应。结果表明,现有《建筑结构荷载规范》的结构风压设计值不宜用于群风环境中高层结构抗风设计,而模型风洞试验可有效地反映群风环境中的结构风压特性;迎风面与背风面脉动压力系数较侧风面低,最大脉动压力出现在涡旋运动最强烈处,也是最大负压产生处;结构极值风压可以通过脉动风压的概率特性识别,进而对结构采取相应的加强措施。试验研究技术可靠,结果可用于该工程及类似工程的抗风设计参考。

粘滞阻尼减震结构的研究与应用进展

本文总结了国内粘滞阻尼器的研究与应用现状,包括粘滞阻尼材料,粘滞阻尼器的类型、性能和力学模型,粘滞阻尼减震结构的性能、分析模型和设计方法,粘滞阻尼器在工程中的应用状况等。分析了粘滞阻尼器研究与应用中存在的问题,提出了今后应加强研究的几个问题,给出了发展减震技术的一些建议。

基于GA优化理论的高层结构风振控制研究

高层结构风振控制的优化分析技术是结构风工程中一个至今尚未得到合理有效解决的重要问题之一。针对高层结构的风致振动问题,采用减振控制技术,引入遗传算法(Genetic Algorithms,简称GA)理论对其进行参数优化分析。以结构优化中的遗传算法理论为基础,采用结构风效应的频域分析法建立6种不同的GA目标函数,编制相应的优化分析程序,通过算例对比分析不同目标函数下阻尼分布的优化效果。研究表明GA优化理论能依据结构的具体动力响应在结构层间合理分配阻尼系数,充分发挥阻尼器的耗能性能,且在总黏滞阻尼系数相同的情况下,可减小结构最大层间侧移和顶层加速度响应的最大幅度分别为27.6%和30.1%,证明了所提优化理论对结构风振控制优化分析的可行性和有效性,因而具有一定的理论和实用参考价值。

上下盘断层参数对RC框架结构地震响应研究(Ⅱ:隔震)

为研究上下盘断层参数对隔震钢筋混凝土框架结构地震动响应的影响,对四种不同高度的框架结构进行了隔震设计,从隔震层抗风性能、偏心率、支座压应力三个方面验证了隔震设计的合理性,在160条上下盘地震作用下以验证的隔震结构模型为基础,进一步研究了震级、土体剪切波速、断层倾角、上界埋置深度等断层参数对其动力响应的影响规律。结果表明:隔震框架结构在上盘地震动作用下的控制效果优于下盘地震动,结构水平向减震系数和隔震层位移随下盘场地距离的变化基本保持不变,随上盘场地距离呈现"下凹型"变化趋势,以上盘20~30 km场地范围内结构的隔震效果最优;隔震结构的控制效果随震级、结构高度的增大而降低,随土体剪切波速的增大而增大,随断层倾角和上界埋置深度的增大在下盘保持不变、在上盘逐渐减小。

多块混凝土板拼装组合钢板剪力墙试验与有限元参数影响研究

对竖向拼装组合钢板剪力墙、横向拼装组合钢板剪力墙及传统组合钢板剪力墙开展拟静力试验,对比分析各试件破坏特征、滞回性能、耗能能力、刚度退化及位移延性,采用ABAQUS软件建立数值模型并针对不同拼缝宽度、螺栓距厚比和混凝土板厚度的竖向拼装组合钢板剪力墙进行了参数影响研究。结果表明:混凝土板分块布置会一定程度地降低其耗能能力和抗侧刚度,但可以减少内藏钢板对边缘框架柱产生附加弯矩的不利影响;竖向拼装组合钢板剪力墙是一种抗震性能更为优越的抗侧力构件,竖向拼装组合钢板剪力墙的耗能能力是横向拼装组合钢板剪力墙的1.3倍,且竖向拼装组合钢板剪力墙刚度退化相对缓慢;为保证组合钢板剪力墙具有较好的抗侧能力,螺栓距厚比为100和125时,其拼缝宽度分别不宜大于48 mm和72 mm;混凝土板约束刚度足够情况下,螺栓距厚比不宜大于125。

地铁上盖超高层结构竖向振动台模型试验——工程背景与模型验证研究

以广州某地铁上盖120m高超高层结构为研究对象,针对该项目存在上盖结构影响地铁隧道下沉问题和地铁振动影响住户舒适性的问题,对地铁运行引起的地表和地下15m深度的竖向振动源进行了实测,分析了地铁运行引起的该场地类别振源激励的频谱特征。针对上盖结构地铁运行激励,提出了桩周减振降阻层、桩顶基础底板下部设置减振褥垫层及其上部橡胶支座竖向振动控制层三级振动衰减技术方案。设计制作了考虑有、无振动控制层的无桩基础、0.5m桩基础、1.0m桩基础6组1∶30缩尺比弹性振动台试验模型,同步建立了相应的缩尺结构和原结构的有限元计算模型。基于振动台试验白噪声测试、理论计算与数值分析结果,验证了弹性振动台试验模型设计的有效性,为后续深入分析提供依据。

基于改进线性滤波法的某超高层建筑风振反应分析

采用离散傅立叶变换和快速傅立叶变换技术对传统线性滤波法的自相关Toeplitz矩阵进行了改进,提出了改进的线性滤波法.考虑结构空间相关特性,基于改进的线性滤波法模拟研究了高层结构的顺风向和横风向脉动风荷载,并对高层结构的风致振动响应进行了分析研究.结果表明,改进的线性滤波法不仅能保证计算结果的精度和计算效率,而且采用该改进方法得到的脉动风荷载时程能有效计算高层结构的风致振动响应,有利于工程设计人员精确掌握结构风致振动特性.

四种典型钝体结构绕流风场的三维大涡模拟研究

高雷诺数条件下采用大涡模型研究缩尺比为1∶200的四种典型体型建筑物(方形、矩形、L形和U形)的钝体绕流现象,在确保连续性和计算效率的条件下提出采用修正的自回归滤波模型模拟入口边界的脉动风速条件,并通过与理论计算结果的对比分析验证所提方法的正确性。对不同体型不同风向下六种计算工况进行瞬态动力分析,研究钝体表面空间风压分布特性及钝体周围流场的竖向和横向风速剖面分布特性,给出钝体对周围流场影响的最大干扰范围。结果表明:钝体迎风面平均压力系数分布较顶面、侧面和背面均匀、稳定,脉动风压系数受涡旋运动状态影响较大,最大值出现在侧风面流场分离、涡旋运动最强处;钝体对周围流场的影响随距离的增大而减小,且对尾流区流场的影响最强,最大干扰范围为0.25H(来流区)、0.4H(屋顶区)、0.5H(侧边区)和3H(尾流区)。