基于CQC方法的大跨屋盖结构随机风振响应计算

本文从线性结构随机振动响应计算的CQC方法出发,推导出适合于大跨屋盖结构随机风振响应统计量精细计算的算式,式中考虑了不同振型响应之间互相关的影响;同时指出,如需按CQC方法进行精细计算,就必须首先获得结构各点风荷载之间互功率谱密度函数的实部和虚部.

大跨屋盖结构共振响应的简化CQC法

为提高传统完全二次项组合法(CQC法)的计算效率,通过对模态频响传递函数和模态力谱的分析,提出了大跨屋盖结构共振响应的简化CQC法.该方法根据结构的动力特性和风荷载特性,计入了模态频响传递函数和模态力谱实部和虚部对响应方差的贡献;为保证计算精度,考虑了共振响应模态的耦合效应.将该方法应用于某游泳馆屋盖结构共振响应分析,并将其与传统CQC法的计算结果进行比较.算例表明,与传统CQC法相比,该方法误差较小,节点位移共振响应最大误差仅为2.73%,验证了该方法的可行性和有效性.

基于滞变阻尼模型的反应谱CQC法

复阻尼模型具有每周期耗散能量与外激励频率无关的优点,但自由振动解中存在发散项。基于复阻尼模型的等效滞变阻尼模型不仅保留了相应的优点,且克服了时域发散的缺陷。本文在模态叠加法的基础上,提出了基于滞变阻尼模型的反应谱CQC法,并利用时域精确解验证了所提方法的正确性。在此基础上,以反应谱和相关系数为分析对象,对比了基于滞变阻尼模型的反应谱CQC法和基于黏性阻尼模型的反应谱CQC法。算例分析表明:小阻尼比情况下,两种方法的计算结果近似相等;大阻尼比情况下,两种方法计算所得的反应谱值和相关系数皆差异较大;大阻尼比结构需依据结构材料的阻尼特性,选择合适的反应谱CQC法。

工程结构中的阻尼与复振型地震响应的完全平方组合

对工程结构中阻尼矩阵的简化处理途径做了简要评述 ,指出目前常用的比例阻尼理论对于小阻尼结构是适用的。但是随着机械阻尼器在结构工程中的广泛应用 ,结构的阻尼矩阵不再满足可以按照相应无阻尼结构振型解耦的条件 ,此时的振型是由实部和虚部组成的复数形式。由于缺乏基于反应谱的复振型地震反应叠加分析方法 ,也是为了简单起见 ,在抗震设计规范中建议采用强迫解耦的近似分析方法。文中对强迫解耦方法的基本概念和适用性进行了探讨 ,指出在一般情况下这一方法是可以接受的 ,但是对于过阻尼和其它特殊情况 ,误差也是比较大的。为了避免这样的误差 ,可以采用文中推荐的基于复振型的完全平方组合 (CCQC)方法。与目前常用的CQC法相比 ,文中建议的CCQC法是按照同样的假定在复振型条件下推导出来的近似分析方法 ,完全避免了复数运算 ,表达方式也一样简单实用 ,因此很适合在实际工程和抗震设计规范中应用。

广州新电视塔模型测力风洞试验及风致响应研究Ⅱ:风致响应分析

基于节段模型测力试验的结果,采用随机振动响应分析中的完全二次组合法(CQC)对广州新电视塔结构进行随机风致振动响应分析,包含振型之间交叉项对响应的影响。"串联多质点系"力学模型被用来模拟电视塔结构,每层质点可考虑两个水平方向的线位移和绕竖向参考轴的转动位移。通过计算确定该电视塔不同高度上的风致振动位移响应、加速度响应、截面内力响应。计算结果表明,电视塔结构极值位移、内力随风向有相同的变化规律并且天线结构鞭梢效应对加速度的影响程度远大于位移。同时提供的等效静力风荷载考虑多个模态及模态间交叉项对响应的影响,可用于计算电视塔结构的位移及内力根方差响应。

大跨度桥梁结构耦合抖振响应频域分析

基于结构的固有模态坐标 ,提出了用于大跨度桥梁耦合抖振响应分析的有限元CQC(thecompletequadraticcombination)方法。在合理假设基础上 ,推导了桥梁结构的节点等效气动抖振力公式。应用随机振动理论 ,提出了桥梁结构节点位移和单元内力功率谱密度和方差的计算方法。该方法采用了含 18个颤振导数的气动自激力模型 ,可以考虑自然风的任意风谱和空间相关性以及桥梁抖振响应的多模态和模态耦合效应 ,且计算效率很高。此外 ,对主跨跨度 13 85m的江阴长江大桥的耦合抖振问题进行了分析 ,得出了一些结论。分析结果表明 ,在大跨度悬索桥中 。

风振响应计算的新方法——广义坐标合成法

风振响应通常根据激励的功率谱矩阵,采用完全二次型组合(CQC)或其改进算法进行计算。但对于已由风洞试验给出激励时程的结构而言,采用广义坐标合成法(GCS)可获得更高的计算效率和更快的计算速度。该方法利用单自由度广义坐标方程的频域数值解法,求解广义坐标时程,进而根据振型叠加法得出响应时程或响应方差。对于加速度响应,首先计算广义坐标的加速度时程,然后再叠加。求解响应方差时,GCS的计算量和计算规模通常不到CQC改进算法的1/10,而计算结果与CQC方法完全等价。该方法的另一突出优点是可方便的得到响应时程,这为开展响应构成和概率特性的研究创造了有利条件。通过两个典型算例阐述了该方法地具体应用,证明该方法具有高效、快速、准确的特点。

随机振动问题的广义坐标合成法

工程中的随机振动分析多采用完全二次型组合法(CQC)及其改进算法,如虚拟激励法(PEM)和谐波激励法(HEM)。广义坐标合成法(GCS)提出了一种计算随机响应的新思路,其基本原理是将物理空间的计算转移到自由度较小的振型空间进行,从而缩减了计算量和计算规模。对于较大规模结构体系的随机振动问题,GCS方法计算响应协方差矩阵的计算量只相当于PEM的2r/sT,其中s、r和T分别为激励功率谱矩阵的秩、振型总数和离散频率点数。此外,对于给定激励时程的问题,由于GCS方法直接求解广义坐标运动方程,因而可以方便得出响应时程。通过对几种方法的详细对比,说明对于大多数只需要求解响应方差的随机振动问题,GCS是最优的计算方法。PEM只有在s<r且必须求得响应功率谱的条件下才能获得较高的计算效率,而HEM实际上等同于s=1的PEM。

多点风激励下高层建筑响应分析方法

以高层建筑风振响应分析方法为研究对象,推导了CQC方法和SRSS方法的计算公式;同时,特别介绍了谐波激励法(HEM),并在虚拟激励法的基础上提出了一种新的算法——谱分解法(SDM)。将这些方法用于广州西塔风振响应分析中,结果表明:CQC方法是精确算法,但计算量大;SRSS方法计算效率高于CQC方法,但会损失计算精度;HEM方法占用内存少,计算效率高;SDM方法具有和CQC方法一样的精度,但计算效率更佳。通过精度和效率的对比分析,建议在高层建筑风振响应分析中优先采用HEM方法和SDM方法。

考虑背景共振耦合效应的完全三分量法在大跨屋盖风致响应中的应用

针对传统三分量法忽略背景和共振分量之间耦合效应的不足以及CQC法不区分背景和共振分量的特点,结合随机振动的双输入单输出系统原理,推导了考虑背景和共振分量间耦合效应的完全三分量风致响应计算方法。以一个中心开孔的大跨屋盖为例,采用完全三分量法进行了风致响应计算及参数分析。计算结果表明:传统三分量法估计的开孔屋盖的脉动风致响应比实际值低7.1%,完全三分量法可精确估计开孔屋盖风振响应,与CQC方法具有同等精度,误差小于1%;结构基频越低,完全三分量中的背景-共振耦合分量方差的绝对大小越大;结构阻尼越大,背景和共振分量之间的相关系数越大,当结构阻尼比为0.035时,背景共振相关系数可达0.15。

某体育馆屋盖结构风致响应及风振系数研究

为研究参振振型对大跨屋盖结构风致响应和风振系数的影响,根据对某体育馆进行风洞刚性模型测压试验所获得的数据,计算了该体育馆屋盖结构的风致响应及风振系数,进而研究了参与计算的振型数量对于风致响应和风振系数分析结果的影响,并且对比分析了考虑各振型交叉项的CQC法和不考虑振型交叉项的SRSS法时的分析结果,发现是否考虑高阶振型对体育馆屋盖结构的风致响应与风振系数的计算结果有一定的影响,而振型交叉项的影响也不可忽略。

建筑结构抗震设计方法的新进展

在回顾建筑结构抗震设计方法发展历程的基础上,简要地讨论了抗震设计规范中所采用的反应谱振型分解方法的假设条件和存在问题,分析了比例阻尼或经典阻尼理论的适用范围和研究非比例阻尼情况下振型分解理论的必要性。重点介绍:1)建立了实数形式的非比例阻尼的复振型分解理论,给出了适合于规范应用的一般计算公式,指出已有关于比例阻尼的相应计算公式只是其特殊情况;2)成功地将在各国抗震设计规范中广泛应用的CQC方法推广到具有复振型的非比例阻尼系统的一般情况,称为CCQC方法;3)进一步将CCQC方法推广到多维和多点激励的情况(三向输入时称为CCQC3法);4)解决了非比例阻尼系统过阻尼振型地震响应的计算方法,针对系统具有重特征值时情况提出地震响应的相应计算方法;5)考虑到地震地面运动的非平稳特性,发展了随时间变化的完全平方组合CCQC(t)方法;6)提出了一种求解大型复杂结构有限个数低阶复振型的有效方法,减少了目前规范中应用的强逼解耦方法带来的未知误差;7)提出了部分平方组合的概念,研究了初步的判断准则,通过实例分析,初步给出了新方法的适用范围和注意事项,供设计师在实际工作中加以考虑和应用。

基于反应谱法的金马大桥的三维地震响应分析

按照三水准抗震设防目标的要求,在两种概率水准的地震作用下,用反应谱方法对金马大桥进行了地震反应分析.考虑了两种地震动输入方式,即纵桥向+竖向输入和横桥向+竖向输入.根据《公路桥梁抗震设计规范》,竖向输入反应谱值取水平反应谱值的2/3,为了保证计算精度,取前120阶振型进行叠加计算.在反应谱计算中采用了CQC方法,得出一些结论.

上海东方体育中心综合体育馆屋盖结构风振分析

在屋盖同步风洞试验测量的基础上,采用CQC法对上海东方体育中心综合体育馆大跨屋盖进行了较为准确的空间风振分析。分析了多个复杂空间振型对有代表性节点的动位移根方差的影响,得到本体育馆的最大参振振型为30阶;考虑了两种荷载组合工况,比较了工况1、工况2和自重作用下屋盖结构的节点位移和基底反力,工况1作用下的节点位移和基底反力最大,工况2作用下的相应结果最小;最后给出了5个不利风向下的位移风振系数,可供参考。

输电线路动态风偏响应特性及频域计算方法

以多跨输电导线在自重和平均风荷载共同作用下的静力平衡构型和刚度作为计算初始条件,假定在此基础上受脉动风荷载作用的响应属于小变形,采用美国土木工程师学会(ASCE)推荐方法考虑导线气动阻尼,提出了输电线路动态风偏响应频域计算方法,深入分析了振型组合阶数及组合方式对计算结果的影响,并与时域计算结果进行了对比。对比结果表明:导线动态风偏计算中必须考虑多阶振型的贡献,且各振型间的交叉项不可忽略;对于2跨输电导线,考虑前3阶振型的完全二次方结合(CQC)法能满足精度要求;对于5跨输电导线,需要考虑前9阶振型CQC组合。计算结果表明:悬垂绝缘子串风偏峰值脉动响应可达到平均响应的10%以上。因此当前输电线路设计中不考虑风偏脉动值是偏不安全的,是引起大风下风偏闪络的主要原因之一。

核设施结构单向模态反应组合新方法的应用研究

介绍了新版RG1.92导则推荐采用的核电厂中系统、结构和部件(SSCs)地震反应谱分析所用的单向模态组合的新方法,利用ANSYS程序自带的APDL语言的可编程特性编制了相应的程序,实现了模态反应新组合方法的应用。根据编制的程序对某一管道进行了计算,并将计算结果与完整的二次组合法(CQC组合法)及双倍和组合法(DSUM)的计算结果进行了对比。结果表明,本文编制的程序是合理的。

精确毫秒延时控制爆破地震反应谱特性研究

利用地震工程中应用较为成熟的反应谱理论对精确毫秒延时控制爆破地震进行研究,设计开展了边坡爆破开挖相似模型试验,分析了不同毫秒延时对爆破地震反应谱特性的影响,考虑结构密集振型间相互影响,结合完全二次项组合法(CQC)求得结构反应总效应值。结果表明:短毫秒延时控制爆破地震反应谱曲线体现为多峰值特性,且峰值对应周期范围窄,通常在几毫秒区间内;随孔间毫秒微差的增加,反应谱峰值对应结构自振频率逐渐降低,愈趋接近构筑物自振频率,不利于构筑物安全;合理孔间延期时间选取时,应综合考虑爆破振动强度、岩体爆破效果和构筑物动力效应特性3个方面因素;试验条件下,合理孔间延期时间为2 ms。

振型耦合的适应性水平荷载模式对结构POA的影响

适应性水平荷载模式在结构POA(Pushover Analysis)中能够针对结构逐步加深的非弹性性能做出调整,较固定型水平荷载模式能更好地体现实际地震作用。但由于其在分步调整的过程中通常采用SRSS法而未考虑结构阻尼增加引起的振型耦合,所以分析精度较固定型加载模式及Chopra提出的MPA(Modal Pushover Analysis)方法没有优势,影响了适应性水平加载模式的工程应用。文中以两栋高柔体型钢筋混凝土框架为例解释了在结构POA中阻尼系数增加和基本振型滑移的现象;认为在此过程中大幅增加的阻尼加剧了结构振型耦合,所以在高柔结构POA过程中振型耦合不可忽略。提出了一种在POA加载中考虑振型耦合的CQC法适应性水平加载模式,与原有的SRSS法适应性加载模式做了对比,同时给出了适用于工程分析的建议。

某大跨径人行桁架桥的风振响应研究

在风洞试验获得结构表面风压分布和风荷载的基础上,根据精确的CQC计算公式,编制了结构风振响应计算程序,并对桁架桥做了风振响应研究,获得了设计所关心的杆件和节点的响应,对设计起到了指导作用。

超高层建筑风荷载数值模拟和空间风振分析

某沿海超高层建筑高度达350 m,高宽比达7.6,又处于浙江沿海地区,风荷载是其结构设计的控制荷载.数值模拟了不同风向下超高层建筑底部平均风合力和合力矩,与风洞试验结果相近,一般情况两者差别不大于15%;同时拟合了该建筑表面的脉动风压自谱密度和相干函数经验表达式,采用空间随机风振的CQC方法对塔楼进行了风致动力响应分析,并通过塔楼顶层峰值加速度响应和底部静力等效风荷载合力和合力矩的比较与分析,表明高层建筑专用风振分析方法在实际工程中应用的可行性.