大跨屋盖结构风致抖振响应研究

建立基于非定常风荷载的大跨屋盖结构风致动力响应的试验和分析方法。该方法采用多通道测压系统扩大同步测压点的数目,更全面地获得屋盖表面风压的时空特性,为准确计算结构风致响应奠定了基础。在动力分析方法上应用CQC法计算屋盖结构的风振响应,考虑多模态及模态间的耦合影响,编制了结构风致动力效应计算程序SWDP。最后对上海铁路南站工程屋盖结构的抖振响应结果进行了计算和分析。结果表明,采用多通道测压系统可以有效地扩大同步测压点的数目;基于非定常风荷载的CQC方法是计算复杂大跨屋盖结构风振响应的有效方法;背景响应对于总响应的贡献通常是不可忽略的。

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。

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.

POD法在定日镜风振响应计算中的应用

定日镜结构风振响应中有多个振型参与,利用完全二次型组合法(CQC)可以考虑各振型间的耦合作用,得到精确结果,但计算量很大,因此提出将随机风场本征正交分解(POD)技术运用到定日镜结构响应计算中。首先给出了POD法原理,讨论了如何将POD法与CQC法结合进行结构脉动响应的频域分析;然后利用POD法分解风洞试验中多通道电子式压力扫描阀系统同步采集到的定日镜表面风压时程,分析了其本征向量的分布特点,以及各阶模态的贡献情况;最后计算出定日镜风致位移响应的均方根,并且对比采用不同阶数模态缩减得到均方根响应的误差。结果表明将POD法引入到风振响应分析中可以大大减少计算工作量并且能保证足够的精度。

非比例阻尼线性体系地震响应的部分平方组合(CPQC)法

对于非比例阻尼线性系统,当采用基于复振型的地震反应谱振型叠加方法,即复振型完全平方组合(CCQC)方法进行动力反应分析时计算工作量较大。为此,通过分析不同振型之间的位移、速度、位移-速度相关系数随频率比和阻尼比的变化规律,给出了复振型平方和开方(CSRSS)组合方法的适用范围。同时通过分析指出在CCQC法中只需要考虑邻近振型的相关性,因此建议了一种介于CCQC法和CSRSS法之间的考虑部分相关性的复振型平方组合方法,称之为简化的CCQC法或复振型部分平方组合(CPQC)方法,用以提高计算效率。通过实例分析验证了所建议方法的适用范围、计算精度和效率。由于比例阻尼系统的地震反应谱振型组合方法是文中所述一般方法的特殊情况,因此本文提出的简化分析方法对比例阻尼系统也同样是适用的,并可以称为部分平方组合(PQC)方法。

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。

柱壳屋盖的等效静风荷载

根据弹性恢复力的模态展开式和计算响应的拟静力公式导出产生屋盖结构最大峰值响应的等效静风荷载。给出两种计算等效静风荷载的途径,一种表示为模态等效静风荷载的加权组合,另一种表示为背景分量与共振分量的加权组合。利用同步多点压力扫描技术对一个柱壳屋盖结构进行了风洞试验。采用完全二次型组合法(CQC法)和平方总和开方法(SRSS法)计算了不同风向角下竖向位移的峰值响应,说明了模态耦合的影响。将两种途径计算的柱壳屋盖等效静风荷载分布与平均风荷载分布作了比较,分析了相应的峰值响应与平均响应。分析结果表明:许多结点的等效静风荷载远大于平均风荷载,而且脉动风效应和共振效应也应引起重视。

大跨度桥梁耦合抖振分析的有限元正交组合方法

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正交组合 (completequadraticcombination ,CQC)方法 .在合理假设基础上 ,推导出桥梁结构的节点等效气动抖振力公式 .结合有限元方法和随机振动理论 ,给出了桥梁结构节点位移和单元内力功率谱密度和方差响应的计算方法 .该方法可以考虑自然风的任意风谱和空间相关性以及桥梁结构抖振响应的多模态耦合效应 ,且计算效率较高 .

基于粘性阻尼假定的反应谱CCQC法研究

采用虚拟激励法推导出基于粘性阻尼假定和任意平稳随机地震动的复振型完全平方组合(CCQC)法原始表达式(OCCQC)及其传统简化表达式TCCQC,并与基于复阻尼假定的平稳随机振动分析结果进行对比。结果表明:高厚比较大的结构TCCQC式计算结果偏小较多,而OCCQC式计算结果更加接近,比TCCQC式要更为合理;基于粘性阻尼假定时,阻尼矩阵与复模态分析结果之间相互影响,反应谱CCQC法计算结果不惟一,合理性不易被判定;若粘性阻尼矩阵构造得当,反应谱CCQC法计算结果与基于复阻尼假定的平稳随机振动分析结果接近,但要构造恰当的粘性阻尼矩阵费时费力;结构设置有粘性阻尼类型机械阻尼器时宜采用基于粘性阻尼假定的反应谱CCQC法,否则采用基于复阻尼假定的反应谱CCQC法更加便捷。

弦支穹顶结构的风振响应分析

在考虑了风向角和水平脉动风速谱对结构响应计算结果影响的前提下,采用完全二次型组合法(CQC法)对实际大跨弦支穹顶屋盖结构进行了风振响应的频域分析,得到了不同风向角下该弦支穹顶屋盖结构的风振系数,分析了参振模态数目对结构响应计算结果的影响,并将其他4种脉动风速谱与常用的Daveport谱的风振响应计算结果进行了对比.分析结果表明:结构不同区域的最敏感风向角不同,结构中心部位对45°风向角最为敏感,除中心和悬挑部位以外的其他部位对0°风向角最为敏感;所有区域对90°风向角最不敏感;结构的内力风振系数总体上较位移风振系数分布均匀;参振模态数对该实际结构响应计算结果的影响较为明显,因此建议选取的参振模态数不小于100.另外,Harris谱不适合用于该结构风振响应的频域分析.

单层球面网壳风振分析的时域法与频域法比较

根据风洞试验同步测量的风压数据,分别采用时域Newmark-β法、频域完全二次型组合法以及平方总和开方法计算单层球面网壳结构的节点峰值竖向位移响应,对3种方法的计算精度、计算时间等进行了比较;并且给出了一种离散荷载时间序列的新途径,即应用本征正交分解技术将脉动风荷载分解为空间协方差模态和主坐标,对主坐标时间序列利用三次样条插值函数离散成新的风荷载时间序列。分析结果表明:频域完全二次型组合法在进行屋盖风振分析时耗时少,计算效率高。

基于复模态反应谱法的MSCSS控制特性研究

巨子型结构体系(Mega-sub Controlled Structure System,即MSCSS)作为一种新型超高层建筑结构体系,由于其特殊的构造特性使得结构体系的阻尼矩阵呈现出非经典阻尼的分布特征。为准确高效地研究MSCSS的控制特性,避免强迫解耦和时程分析法所带来的误差与不足,文中基于复模态理论对非经典阻尼系统进行解耦,验证了基于复模态的CCQC法(Complex Complete Quadratic Combination)对MSCSS的适用性,采用CCQC法对MSCSS进行抗震分析。结果显示出MSCSS优于MFS(Mega Frame Structure)的抗震特性,并且MSCSS的控制特性主要体现在含有调频子结构的巨层。

大底盘层间隔震结构一体化设计方法研究

在现行层间隔震分部设计法中,隔震层对上部子结构和下部子结构的边界影响并未充分考虑,从而导致上、下子结构的地震作用分布与真实情况存在较大差异,不利于在实际工程中应用.本文基于等效线性化思想、复模态理论和复振型完全平方组合准则(CCQC),针对层间隔震结构介绍了能考虑结构非比例阻尼特性和支座非线性的一体化设计方法.此外,将该一体化设计方法与分部设计方法进行了差异性分析.文末以非线性时程分析结果为精确解,对比分析了基于完全平方组合(CQC)和复振型完全平方组合(CCQC)组合准则的一体化设计方法.研究结果表明,相比于传统的层间隔震结构分部设计法,本文提出的一体化设计方法设计流程更加简洁、地震作用分布更趋合理,并能够更精确估计地震楼层剪力和构件内力等,确保层间隔震结构设计的合理性和结构安全性.

《建筑隔震设计标准》下高烈度地区某小学隔震设计

《建设工程抗震管理条例》现已颁布施行,其中规定了新建学校建筑应当采用减隔震技术并保证设防地震下正常使用功能。本案例为四川省首批采用《建筑隔震设计标准》(GB/T 51408—2021)设计并实施的高烈度区新建学校项目。项目使用PKPM-GZ软件进行了隔震设计,并用ETABS软件进行了验证分析。介绍了新标准复振型分解反应谱整体设计法的隔震设计流程及关键控制点,对目前存在争议的部分提出了讨论和相关建议,为推广和应用《建筑隔震设计标准》进行隔震项目设计提供了参考。

隔震结构分析的等效迭代CCQC反应谱方法

针对隔震结构地震响应分析,提出了一种修正的CCQC (complex complete quadratic combination)反应谱法。鉴于常规CCQC反应谱方法应用中等效参数选择的困难,构造了通过迭代确定隔震支座合理等效力学参数的新算法——等效迭代CCQC反应谱法。采用该方法对一栋七层基础隔震框架结构进行响应计算,并与非线性时程法和常规CCQC反应谱法进行结果比较和分析,验证了方法的可行性和合理性。结果表明:本文方法可排除常规分析中隔震层等效刚度与阻尼参数选择的主观因素影响,有效提高分析精度和计算可靠性。