风荷载下伸臂桁架-ATMD组合系统最优伸臂桁架位置研究

基于虚拟激励法和最优控制理论,提出伸臂桁架-主动调谐质量阻尼器(ATMD)组合系统的风振最优控制模型。首先推导伸臂桁架主体结构与ATMD耦合后的控制运动微分方程组并基于虚拟激励法求解该方程组,发展新的伸臂桁架-ATMD组合系统数值简化模型。基于新提出的组合系统数值简化模型,应用固定点理论求解ATMD最优控制力,获得伸臂桁架-ATMD组合系统的最优控制力模型。将新提出的伸臂桁架-ATMD组合系统数值简化模型和最优控制力模型进行有效数值组合,构建该组合系统的整体最优控制模型。将本文提出的基于固定点理论的最优控制模型与基于线性二次规划方法的最优控制模型、被动最优控制模型和无控制模型进行对比分析。最后应用基于固定点理论的最优控制模型对伸臂桁架-ATMD组合系统的最优伸臂桁架位置进行单参数敏感性分析,研究最优伸臂桁架位置对不同结构影响因素的敏感性以及ATMD对不同类型伸臂桁架系统的抗风控制效果。研究结果表明:主体结构伸臂桁架系统类型不同,不同控制方案的作用效果不同,且主动控制方案对加速度响应的控制效果优于对位移响应的控制效果;与纯伸臂桁架系统相比,风荷载作用下主动调谐质量阻尼器对组合系统的最优伸臂桁架位置影响不大,且最优位置对伸臂桁架刚度、核心筒刚度和外柱与核心筒间距离都有非常高的敏感性;风荷载作用下主体结构中的阻尼会限制ATMD对结构响应控制作用的发挥。

高层建筑加强伸臂结构分析及应用

加强伸臂技术的采用是高层建筑技术发展的主要驱动力之一,一般刚性伸臂加强作用非常明显,但容易造成楼层刚度突变,耗能性能也相对较弱,在超高层建筑中将屈曲支撑、黏滞阻尼器等技术与一般伸臂技术结合,可以在发挥刚度加强作用的同时,提高伸臂耗能效果。介绍了一般刚性伸臂、BRB伸臂、黏滞阻尼伸臂以及基于放大技术黏滞阻尼伸臂的性能,与一般的刚性伸臂技术相比,基于新技术组合型伸臂材料选择更加多样化,综合性能也更加突出,可以显著提高主体结构附加阻尼,减少地震输入,改善竖向楼层刚度突变,为超高层建筑结构提供了更好的创新和发展空间。

惯容-负刚度-阻尼伸臂体系减震性能增效研究

为提升传统阻尼伸臂(CDO)体系的减震效果,基于惯容⁃刚度⁃阻尼三元被动减振理论,开展了惯容⁃负刚度⁃阻尼伸臂(INSDO)体系减震性能增效研究。采用Clough⁃Penzien谱模型模拟平稳随机激励,利用增广状态空间建立结构⁃阻尼器⁃激励系统的运动方程;通过求解Lyapunov方程获得随机地震作用下结构响应的均方根值(RMS),基于结构最大有害层间位移角与加速度的多目标控制确定了INSDO体系的最优参数;分析评估了典型实际地震作用下INSDO体系的减震性能。结果表明:在El⁃Centro和Kobe地震波作用下,相比CDO体系,INSDO最优化体系降低了底层位移角RMS均值的57.97%,以及顶层绝对加速度RMS均值的36.99%,验证了多目标优化方法的有效性;相比单独引入惯容或负刚度单元,同时引入两种单元可进一步放大阻尼单元的位移,提升阻尼器耗能与地震输入能量的比值,实现INSDO体系减震性能增效。

云南传统马鞍式伸臂木梁拱桥力学分析

马鞍式伸臂木梁桥是云南独有的一种古木桥型式,大多数依据工匠的经验设计而成,对该古木桥的结构研究将有助于对古建筑的保护,并能弘扬我国的传统文化。本文以云南省现存体积最大,保存最完好的马鞍式伸臂木梁拱桥——通京桥为研究对象,通过建立其1∶10的结构缩尺模型,使用现代桥梁的安全性评定方法分析其结构的使用安全性及合理性。结果表明:通京桥的榫卯结构完全符合现代桥梁的评定方式,说明传统的工匠艺术具有一定的科学性与合理性,对现在的新型木结构具有一定的启发和借鉴意义,同时有利于古建筑结构原理的保护和传承。

核心筒伸臂桁架技术研究与应用

伸臂桁架是指在钢构建筑中,采用钢管或钢板进行连接,形成桁架的结构形式。伸臂桁架因其结构合理、强度高、耐久性强等特点,广泛应用于建筑工程中。随着城市化的加速发展,越来越多的超高层建筑在建设中出现。由于超高层建筑高度巨大,面积广大,所需的结构材料和力学性能都比普通建筑更高。而伸臂桁架因其优异的力学性能和结构特点,成为超高层建筑中广泛应用的结构形式。论文依托湖北金控大厦项目核心筒避难层伸臂桁架施工的介绍,浅述对核心筒伸臂桁架技术研究与应用。

超高层伸臂桁架层钢结构施工技术探究

当前,在建筑工程中出现了大量的超高层建筑。在这些超高层建筑中,伸臂桁架层是常见的结构。在施工的过程中,建筑企业常常采用钢结构施工技术以实现超高层建筑伸臂桁架层结构的施工与建设。这种钢结构施工技术的质量与施工水平直接决定了超高层建筑的后续使用质量。因此,必须在钢结构施工技术方面加大探讨与研究的力度。该文通过论述钢结构伸臂桁架的施工技术,在分析其施工特点以及施工优势的基础上,探讨与研究了超高层伸臂桁架的钢结构施工技术。

面向轻量化目标的起重机伸臂结构设计及截面尺寸优化

为满足工程上对大吨位和小质量起重机的追求,实现起重机伸臂轻量化设计目标,在QY25K5型起重机伸臂主要结构参数尺寸的基础上,通过UG软件对伸臂进行了数字化设计,建立了CAD模型。根据GB/T 3811—2008,确定了在典型危险工况下,伸臂的工作载荷、许用应力及许用挠度,并对伸臂的强度、刚度及1阶屈曲模态进行仿真分析。根据分析结果,以伸臂截面尺寸作为优化设计变量,分别通过Inspire和ANSYS软件对伸臂上盖板和腹板厚度进行尺寸优化,得到两组板厚优化值;根据起重机设计标准及工程上常用的钢板厚度确定了上盖板和腹板的厚度,生成伸臂的轻量化设计方案,减重率可达15.2%。对伸臂力学性能进行校核,结果表明:设计方案在符合起重机典型危险工况下,满足强度、刚度及稳定性的要求,达到减重的目的。综合两种优化方案优化的方法,可为起重机伸臂轻量化设计提供参考。

兰州环球港负刚度阻尼伸臂结构设计

兰州环球港项目地处8度设防烈度区,超高层塔楼建筑顶部高度317m,结构高度248m。考虑刚性伸臂引起的结构竖向刚度突变及普通阻尼伸臂耗能较小,在超高层塔楼中创新性地采用了带负刚度阻尼伸臂的钢框架-混凝土核心筒结构体系。负刚度阻尼伸臂是在普通阻尼伸臂基础上增设负刚度装置而成,由于负刚度装置对运动的促进作用,阻尼器行程得到放大,其耗能效果也得到提高。分析结果表明,采用负刚度阻尼伸臂后,结构的附加阻尼比得到显著提升,并以很少的阻尼器用量获得更好的降低位移和加速度的性能。

超高层伸臂桁架及环带桁架钢结构关键施工技术

随着超高层建筑的不断出现,环带桁架+伸臂桁架的钢结构形式因为满足结构抗侧力的要求,不断应用于超高层建筑施工中。伸臂桁架具有用钢量大、结构复杂、结构自重大、焊接量多等特点,导致其吊装、安装及焊接质量控制成为施工中的重难点。以武汉精武路超高层T5塔楼项目为例,从合理布置场地、预拼装分段吊装、双层固定措施、焊接工艺、优化伸臂桁架层施工工艺等方面阐述伸臂桁架层钢结构安装的关键施工技术,确保了伸臂桁架层施工的质量和安全。

采用黏滞阻尼伸臂桁架的超高层结构模型振动台试验研究

黏滞阻尼伸臂桁架兼具高效耗能和“有限刚度”加强层的特点,可提高结构的抗震性能,尤其适用于高烈度区超高层结构抗震设计。中国国际丝路中心塔楼建筑高度498m,是目前全球最高的采用黏滞阻尼伸臂桁架的高层建筑,为验证其抗震性能和减震措施的有效性,进行了1∶40的缩尺模型振动台试验研究。本文介绍了模型设计、试验过程及主要现象。试验测试了结构在8度小震、8度中震、8度大震地震波输入下的动力响应,包括结构自振特性、动力放大系数、楼层位移、层间位移角、损伤发展及阻尼器耗能等。将主要试验结果与有限元分析结果进行了对比,总体上吻合程度较好,可互为验证。试验及分析结果表明:结构设计合理,采取的减震措施有效,结构整体抗震性能满足规范及预定的抗震性能目标要求;黏滞阻尼伸臂桁架产生的附加阻尼比随地震作用强度增加而降低,并且随主体结构进入弹塑性后进一步降低。根据试验结果对结构设计提出了相应的建议,揭示的阻尼比变化规律可供类似项目设计参考。

某框架-核心筒阻尼伸臂桁架结构分析

某建筑主体结构高度为172.4m,结构体系为钢筋混凝土框架-核心筒+阻尼伸臂桁架。结构初步设计阶段进行了无加强层、刚性加强层、阻尼伸臂桁架层方案对比。分析了不同黏滞阻尼器参数对耗能效果的影响,不同位置设置阻尼伸臂桁架对耗能效果的影响,以及不同地震加速度作用下耗能效果的影响,本工程证实设置阻尼伸臂桁架层可有效的提供附加阻尼,降低主体结构地震响应。

牺牲-耗能型伸臂桁架的设计和试验研究

伸臂桁架是超高层建筑中的重要抗侧力构件。该文以一个超高层框架-核心筒-伸臂桁架结构为研究对象,分别采用普通伸臂桁架和防屈曲支撑(BRB)伸臂桁架进行独立设计,得到两个结构模型—普通伸臂桁架结构(CO)和BRB伸臂桁架结构(BO)。罕遇地震弹塑性分析结果表明,由于BO模型中的BRB伸臂桁架始终保持较高强度,反而导致结构中其他构件的塑性耗能比例增加,最终其塑性耗能效果不如CO模型中的普通伸臂桁架。因此,该文提出了一种新型牺牲-耗能型伸臂桁架,通过试验研究和有限元模拟分析了牺牲-耗能型伸臂桁架的主要设计参数及抗震性能。结果表明:牺牲-耗能型伸臂桁架的牺牲段和耗能段强度最优比为6∶4左右;将CO及BO模型中的伸臂桁架分别按照等刚等强原则替换成对应的牺牲-耗能型伸臂桁架后,结构中伸臂桁架的塑性耗能明显增加,剪力墙的塑性耗能明显减少,其他构件如连梁、梁的塑性耗能基本呈减少趋势,牺牲-耗能型伸臂桁架起到了保护结构中其他构件的作用。

超高层伸臂桁架封闭时序研究与应用

随着中国社会经济的不断发展,高程及超高层建筑在中国得到迅速发展。由于伸臂桁架+核心筒结构体系简单、抗震性能好、抗压强度高、建筑成本低,目前国内在建的多个超高层建筑也均采用该抗侧力体系。通过本课题的研究,依托湖北金控大厦建立一套成熟的应力监测系统,实现对施工过程的有效控制,确保施工的安全性。同时通过监测伸臂桁架在封闭后的应力变化情况,研究伸臂桁架应力变化与相关沉降监测数据随时间发展的特征规律,为后续同类超高层结构伸臂桁架封闭时序的确定提供指导。经过近两年的实时监控数据表明,湖北金控大厦施工期间,各构件应变监控参数正常,满足建筑安全需求。该伸臂桁架封闭方案安全可行,具有良好的推广性,对同类建筑施工具有良好的示范作用。

黏滞阻尼伸臂对超高层框架-核心筒结构抗震性能的影响研究

超高层框架-核心筒结构通常设置伸臂桁架以提高结构刚度并满足层间位移角等规范控制指标。采用PERFORM-3D软件建立了带有普通伸臂的刚性方案模型和带有黏滞阻尼伸臂的阻尼方案模型,对比了两种方案在多遇、设防、罕遇地震作用下的层间位移角及结构受力情况,比较了罕遇地震作用下两种方案的残余变形及结构的损伤情况,最后结合构件的耗能对结构损伤进行量化分析。分析结果表明:阻尼方案改善了刚性方案结构刚度突变的问题,结构的抗侧刚度分布更为均匀,同时有效地降低了结构内力;与刚性方案相比,阻尼方案结构顶部残余变形显著减小,核心筒以及外框架的损伤情况得到改善。在地震作用下,黏滞阻尼伸臂充当结构第一道抗震防线,提高了结构的抗震韧性,有较好的应用前景。

消能减震伸臂桁架超高层结构抗震性能研究

随着结构总高度的不断刷新,如何使超高层结构满足抗震设计要求已成为工程界关注的主要问题。近年来超高层结构体系广泛采用了中间核心筒与外围框架相结合的结构形式,通过设置伸臂桁架来协调核心筒与框架间的受力和变形。针对一240 m高超高层建筑结构,对比无伸臂桁架、一道伸臂桁架、二道伸臂桁架的抗震效果;提出在伸臂桁架与外框架间布置粘滞阻尼器,即通过在结构刚度较大、变形较大的部位引入附加阻尼来减小结构在强震作用下的反应,并对带5种不同阻尼器布置伸臂桁架结构的抗震效果进行了分析。将为今后消能减震伸臂桁架超高层结构研究打下基础。

超高层结构伸臂桁架安装时序分析与控制方法

以深圳京基金融中心为原型,对Z形和V形两种典型伸臂桁架进行多种安装方案分析,研究单个伸臂桁架随施工进展的附加内力发展规律及其不同安装时序时的相互影响。结果表明,在任意确定的施工段内,不同连接方案下单个伸臂桁架附加极值应力发展规律基本不变,多个伸臂桁架的影响结果可由各自影响结果叠加得到,且安装时彼此之间相互影响很小。最终给出伸臂桁架连接时刻与最大附加应力关系曲线,给出以附加应力为控制目标的合理安装时序分析控制方法,并通过算例验证方法的有效性。最后,通过京基金融中心伸臂桁架安装全过程监测,验证理论分析的可靠性,相关控制分析方法可用于同类超高层结构伸臂桁架合理连接时序的确定,指导施工过程。

采用BRB伸臂桁架的某超高层钢结构抗震性能分析

位于8度区某高度为280m超高层钢结构采用内外筒方钢管混凝土框架-中心钢支撑(部分防屈曲支撑BRB)-伸臂桁架-环带桁架结构体系,共设置了863根普通钢支撑,并在结构底部加强区部分斜撑处和伸臂桁架腹杆处一共设置了104根防屈曲支撑。通过有限元法对普通钢支撑拉压不对称进行分析模拟。结果表明初始几何缺陷对普通钢支撑轴力的影响较大,长细比越大受压承载力下降越显著。采用ABAQUS对该结构进行了动力弹塑性时程分析,对结构在罕遇地震作用下的抗震性能进行了论证分析。结果表明,该结构满足"大震不倒"的抗震设防目标。

含单伸臂的框架-核心筒结构简化模型

对含单伸臂的框架-核心筒结构,将外柱和伸臂参与抵抗倾覆力矩的能力简化为抗弯弹簧,建立平面简化模型研究静力性能,分析伸臂设置对结构整体稳定性的影响.基于Rayleigh能量法提出求解单伸臂的框架-核心筒结构基本频率的近似理论解.针对某工程实例,对比分析理论简化模型和二维有限元模型的分析精度.结果表明,采用这种含弹簧的芯筒-刚臂结构简化模型既能准确分析该类结构的静力反应,又可以有效地估计其基本频率,计算精度满足工程结构设计的需要.

超高层结构伸臂桁架的承载力及刚度简化计算

对超高层结构体系中常用的伸臂桁架-单斜腹杆型式(N型)从桁架机制与刚架机制出发、依据伸臂桁架破坏模式建立了简化计算模型,揭示其受力机理.采用有限元模型对伸臂桁架的承载力和刚度指标进行了评估,得知斜腹杆是伸臂桁架主要的受力构件,对伸臂桁架整体承载力以及刚度均起着决定性作用.有限元计算值同简化模型计算结果较为接近,表明所提出的简化模型可以应用于伸臂桁架初步设计中的承载力及刚度的计算.

高层建筑中伸臂桁架的耗能性能研究

伸臂桁架是超高层结构中的关键构件,改善其耗能能力对提升结构的抗震性能具有重要意义。常见的伸臂桁架形式主要有普通支撑型伸臂桁架、屈曲约束支撑型(BRB)伸臂桁架和阻尼型伸臂桁架等。该文从框架-核心筒-伸臂桁架结构体系入手,对普通支撑型、屈曲约束支撑型和阻尼型伸臂桁架的受力性能和耗能性能进行了研究。结果表明,结构采用不同的伸臂桁架会对其在地震作用下的地震能量输入和耗能分布产生一定影响。和普通支撑桁架体系相比,屈曲约束支撑型和阻尼型伸臂桁架结构体系具有更好的耗能性能。此外,在对核心筒的损伤程度控制方面,阻尼型伸臂桁架的作用更加明显,而在整体结构的位移响应控制方面,BRB伸臂桁架的效果最好。