大跨屋盖结构考虑模态耦合的等效静力风荷载

基于荷载响应相关法提出了一种计算大跨屋盖结构等效静力风荷载的新方法.该方法不再分别计算结构的背景响应和共振响应,而是采用完全二次型组合法直接计算结构的整体动态响应;而且这种方法能够考虑多阶模态的贡献和各阶模态响应间的耦合效应.最后,将一大跨屋盖结构(深圳市民中心)作为实际工程应用案例,计算了它的等效静力风荷载,并将其与其他方法的计算结果进行比较,以验证方法的有效性.

超大型冷却塔等效静风荷载精细化计算及应用

在模态加速度法和荷载-响应相关法的基础上,推导出超大型冷却塔等效静力风荷载(简称ESWLs)的精细化计算方法,提出用于补偿背景和共振交叉项的一致耦合方法(consistent coupled method,简称CCM)来求解结构ESWLs。该方法采用统一理论进行背景、共振和交叉项3个分量的求解,能完全考虑各共振模态之间、共振和背景模态之间的耦合效应,并赋予背景与共振交叉项ESWLs分量以明确的物理意义。以内陆某核电超大型冷却塔(塔高215m)为例,采用CCM方法进行ESWLs计算,探讨了ESWLs平均、背景、共振和交叉项分量的分布特征,并结合规范条款对比分析了超大型冷却塔风振系数的数值和分布特征,为超大型冷却塔结构设计和抗风安全性提供参考。

大跨屋盖的完全三分量等效静力风荷载

惯性风荷载法物理意义不明确,传统三分量叠加法忽略背景-共振耦合效应,本文提出一种完全三分量的等效静力风荷载方法。利用完全三分量方法研究了开孔屋盖的等效静力风荷载,研究结果表明,阵风荷载因子法除在等效节点处有较好的精确性外,其他非等效节点处的等效静力风荷载均偏离正常分布,不适宜求解大跨屋盖等效静力风荷载;完全三分量法具有明显物理意义,其背景部分可采用全模态的LRC法实现,比截断模态的惯性风荷载法更加精确;忽略背景-共振耦合效应的传统三分量法低估等效静力风荷载10%左右,完全三分量法可考虑背景-共振耦合效应,相应于传统三分量法更加精确。

基于约束加权最小二乘的多目标等效静力风荷载方法在大跨屋盖中的应用

为计算大跨屋盖多目标等效静力风荷载,采用约束加权最小二乘方法,设基本向量为完全三分量单目标等效静力风荷载,推导了一种完全三分量多目标等效静力风荷载方法。以一个开孔屋盖为例,进行了刚性模型测压风洞试验,研究了该屋盖的单目标和多目标等效静力风荷载。结果表明:单目标和多目标等效静力风荷载的分布形状相似,多目标等效结果大于单目标等效结果;采用单目标等效静力风荷载方法,精确等效节点的等效位移与实际位移完全相等,但其它等效节点的等效位移明显偏离实际位移,最大误差可达72.1%;而完全三分量多目标等效静力风荷载方法下的其它等效节点的等效位移与实际位移相差较小,最大误差仅为6.1%,适合大跨屋盖等效静力风荷载的多目标等效。

基于层内力等效的偏心高层建筑三维等效静力风荷载

对于质心和刚心不重合的偏心高层建筑,由于结构三维振型耦合与气动力耦合等因素的影响,其等效静力风荷载的评估变得十分复杂.基于振型加速度法,推导了考虑三维气动力耦合和振型交叉项贡献的偏心高层建筑各层拟静力项和惯性力项内力(剪力和弯矩)响应计算方法 .在此基础上,基于各层内力响应等效,建立了能合理反映荷载沿高分布信息的结构三维等效静力风荷载评估方法.随后,结合3种典型矩形截面高层建筑刚性模型测压风洞试验,分析了荷载相关性、结构偏心率和截面长宽比对偏心结构三维等效静力风荷载的影响.研究表明:对于偏心截面高层建筑,振型交叉项和荷载相关性对结构风致响应与等效静力风荷载的贡献不可忽视,若忽略两者则会低估偏心高层建筑三维等效静力风荷载,特别是扭转向等效静力风荷载.此外,偏心率和截面长宽比同样影响偏心高层建筑等效静力风荷载的大小和分布情况.相关研究可为偏心高层建筑的抗风设计提供一定的指导.

湿、热、静力荷载对速生杉木顺纹抗压强度的影响

研究不同湿热环境中,在湿、热荷载、静力荷载作用下速生杉木的顺纹抗压强度,并分析了温度、相对湿度、静力荷载和保载时间4个因素对速生杉木顺纹抗压强度的影响。试验结果表明,速生杉木顺纹抗压强度随环境温、湿度增高而降低,环境温度对速生杉木顺纹抗压强度影响非常显著;在相同的静力荷载条件下,有湿、热荷载同时作用的速生杉木顺纹抗压强度降低,平均降低幅度为20.10%;湿、热、静力荷载共同作用对速生杉木顺纹抗压强度存在耦合影响。

考虑组合荷载影响下扬州泵闸枢纽静动力特征研究

为研究扬州泵闸枢纽在考虑上部结构-桩土组合荷载下其静动力响应特征,引入粘弹性边界理论,以仿真计算方法对闸站不同工况下静动力特征开展对比分析。研究表明,增大闸前水位,结构位移、第一及第三主应力均增大,同时闸站结构以Z向沉降为变形主导,控制Z向沉降乃是结构设计关键;虽有水工况下主应力、位移均高于无水工况,但两工况下静力特征满足设计要求。研究获得了闸站结构在有、无水工况中自振特性,振型演化差异在较大计算阶次下呈现;不论是何种地震波输入,有水工况下动力响应水平均高于无水工况,三种地震波输入下以南京波引起动力响应水平最大。结果可为扬州泵闸枢纽结构设计及水工建筑静、动力计算分析提供参考。

动-静组合荷载下非贯通节理花岗岩动态响应研究

本文以室内试验结果为基础,采用FEM-DEM耦合法对动-静组合荷载作用下非贯通节理岩体进行模拟试验,旨在对受高静力影响的非贯通节理岩体的动态力学响应做深入剖析。考虑了围压、节理贯通度影响,研究节理岩体力学特性和破坏机理,讨论不同节理贯通度工况下非贯通节理岩体的裂纹起裂规律与扩展模式。结果表明:围压的约束作用,从无到有影响巨大。动-静组合荷载下,动态强度总体表现为随贯通度的增大而减小,节理的劣化效应越显著。节理贯通度较小时,试件内部仅有离散裂纹生成,并未形成宏观破裂带,裂纹扩展路径不够明确。认为在高地应力环境下,非贯通节理岩体处于高赋能状态,弹性特征更加显著,对动载扰动更为敏感。

一致耦合方法的提出及其在大跨空间结构风振分析中的应用

在结构动力学和随机振动理论基础上,推导结构脉动风总响应和等效静风荷载(ESWLs)的真实组合公式,提出用于补偿背景和共振交叉项的一致耦合方法来求解结构的风致响应和ESWLs。用一悬臂结构的经典算例验证本文程序的正确性;并以大跨度空间结构为例,采用CCM方法以及改进的三分量方法进行风致响应和ESWLs计算,通过与全模态CQC精确结果进行对比分析,揭示三层耦合项的参与机理。研究结果表明:本文方法精度高,对求解此类结构风致响应和ESWL有效。

基于风重耦合效应超高层建筑顺风向等效静力风荷载

等效静力风荷载是工程设计中常用的方法,风重耦合效应是指由风荷载引起的重力二阶效应。该文采用结构恢复力等价的原则,将结构恢复力准常定统计均方差作为脉动风等效静力荷载,经推导可以得到沿高度分布的等效静力风荷载。结果表明,计入风重耦合效应的等效静力风荷载表达式比常规表达式多了附加重力项。计算公式加入各分项的峰值系数可以得到设计所用的等效静力风荷载。计入风重耦合效应后的顺风向风振系数与规范给出的风振系数存在着差异,风重耦合效应引起在结构中下部分布值减小而上部分布值增大,结构的重刚比是产生风重耦合效应的重要的因素,其他因素影响不大。

动静荷载耦合的固结计算问题研究

研究动静荷载耦合条件下的孔隙水压力发展规律，分析了动荷载和静荷载作用下固结系数的区别．建立了动静荷载耦合的基本固结微分方程式并就几种典型情况给出其一般解析解．最后给出它的具体应用．

超高层建筑在风重耦合作用下响应分析

风重耦合效应是指高耸结构在风荷载作用下水平变形会受到重力的影响.为了有效分析超高层结构的风重耦合效应,文中建立了结构计算模型,推导了结构在风荷载和重力荷载共同作用下的动力方程,对结构自振周期、风振系数以及结构响应值的风重耦合效应影响系数进行计算与分析.参数分析表明:考虑风重耦合作用后结构自振周期变长,风振系数减小,同时超高层结构的重刚比、弯剪刚度比和竖向外形锥度的增长会加大风重耦合效应.建议对重刚比较大、体型复杂的超高层建筑进行风重耦合计算.

能源载体条件下静钻根植桩承载特性

为了研究温度荷载影响下静钻根植桩的承载特性,通过室内试验测得温度在混凝土-土界面上的传导特性及对界面接触摩阻力的影响.测试结果表明,接触压力对温度传导无明显影响,温度对混凝土-土接触面上摩阻力无明显影响.根据试验测试结果,采用顺序热力耦合分析方法,建立考虑温度荷载影响的静钻根植桩受力分析有限元模型.计算结果表明,制热及降温过程对静钻根植桩承载特性的影响受桩顶荷载的影响较大.温度荷载引起的预制桩桩身轴力、桩侧摩阻力及桩顶、桩端位移、水泥土竖向应力的变化均与桩顶荷载相关,制热与降温过程引起的静钻根植桩承载特性变化有较大差异.

预压静载下平行双节理类岩石板动态响应试验及数值研究

在深部的岩体工程中,围岩常受到静态载荷和动态扰动的共同作用.此时,岩体中蕴含的成组结构面的破坏往往会影响岩体工程的稳定性.因此,有必要对多节理岩体在静-动态耦合荷载作用下的力学特性和破裂特征开展系统研究.以平行双节理类岩石材料板为研究对象,采用改进的分离式霍普金森压杆(SHPB)系统开展了4种轴压条件下的动态试验,验证了相应的离散元数值模型的适用性.在此基础上,建立了基于围压柔性加载的静水压的SHPB模型,分析了试样在不同预应力状态下的破裂特征.结果表明:处于一维静动荷载作用时,试样的动态强度及总强度都表现出显著的率相关性;相近加载率下,试样的动态强度随轴压增加逐渐减小,而总强度先增大后减小;在预轴压的作用下,随着加载率的增加,试样的破坏模式由拉剪破坏向剪切破坏转变;在静水压环境下,平行双节理试样的动态强度和总强度同样表现出显著的率效应,且明显高于同等轴压条件下的试样强度;在相近加载率下,试样的动态强度和总强度具有显著的围压增强效应.试样最终均呈“X”状剪切破坏模式,与加载率和静水压大小无明显关联,而且静水压的作用会明显抑制拉伸翼裂纹的产生.裂纹起裂时间受加载率、轴压及静水压的影响.

基于力协方差法等效静力风荷载共振耦合效应分析

针对等效静力风荷载(ESWL)传统计算方法在处理强耦合结构共振模态之间耦合项的不足,提出基于共振恢复力协方差法能完全考虑各共振模态之间耦合效应的计算方法。具体思路为:从结构运动方程出发,推导出广义共振模态位移响应协方差矩阵;进而基于惯性风荷载法(IWL)获取仅包含共振分量的弹性恢复力协方差矩阵;再采用荷载-响应相关方法(LRC)进行共振响应及其ESWL的计算。该方法避开求解弹性恢复力的积分过程,考虑了各阶共振分量之间的耦合性,且物理意义明确,从理论上适用于任意复杂结构ESWL共振分量计算。以某电厂超大型冷却塔为例,进行结构风致响应和ESWL计算,讨论了共振分量的耦合效应,验证了该方法的有效性。

大跨屋盖结构多目标等效静力风荷载

为解决大跨屋盖结构等效静力风荷载计算中存在的多个响应目标等效问题,对多目标等效静力风荷载分析方法进行了研究。根据结构风振响应特性,基于LRC法基本原理推导了构造大跨屋盖结构多目标等效静力风荷载的基本分量,包括背景分量、共振分量及其二者的耦合项分量,该基本分量能够实现与风振响应各分量的完全对应。在此基础上,建立了多目标等效静力风荷载的求解方程,同时为限制奇异荷载的出现,引入了边界条件方程,据此求解得到了能够满足大跨屋盖结构多个响应目标的等效静力风荷载。为提高精度,还根据目标响应与静力响应间误差对求得的多目标等效静力风荷载进行修正。最后,采用所提方法对国家体育场大跨屋盖结构多目标等效静力风荷载分析计算表明,所得等效静力风荷载作用下结构静力响应与多目标响应吻合较好,验证了所提方法的有效性。

大跨度屋盖结构等效静力风荷载方法及应用

结构风致振动是控制大跨度屋盖结构设计的主要因素。大跨屋盖结构模态密集,风致振动有多模态参与并受模态交叉项影响的特性,这给建立大跨度屋盖结构等效静力风荷载的计算方法带来了很大的困难。本文基于计算共振分量的修正SRSS法,将LRC法和考虑模态耦合系数的惯性风荷载法相组合来表示等效静力风荷载。本文的方法能考虑模态之间相互耦合的情况,给出的等效静力风荷载具有明确的物理意义。最后将该方法运用于一个实际工程,检验了计算方法的精度。计算结果表明,本文方法和CQC法得到的响应值非常接近,最大误差约为3%,相对而言SRSS法的计算误差较大。

超高层建筑等效静力风荷载的反演法

该文根据刚性模型测压风洞试验结果,给出了确定等效静力风荷载的反演法,其中,位移等效静力风荷载是在已知最终位移的基础上,运用虚拟广义坐标的概念,根据线性最小二乘法进行反推,而内力等效静力风荷载则在最终截面内力已知的基础上,根据悬臂梁静力平衡法进行反推。值得注意的是,计算等效静力风荷载所需的最终响应是根据完全二次型组合方法(CQC)求出的,不再分成背景分量和共振分量,而且还可以考虑多振型的耦合。以陆家嘴X3-2地块办公楼为例进行刚性模型测压风洞试验,根据反演法计算出位移等效静力风荷载和内力等效静力风荷载,然后由静力法求出最终响应,通过与CQC法直接计算的结果对比来说明其有效性。

橡胶应力吸收层对半刚性基层沥青路面力学特性的影响分析

运用有限元分析软件ANSYS(V12.1)建立半刚性基层沥青路面结构模型,对比了半刚性基层沥青路面在静荷载以及静荷载和水平荷载耦合作用下,设置高弹性橡胶沥青应力吸收层前后的路面结构力学响应,通过分析发现:路表竖向位移对水平荷载不敏感,高弹性橡胶沥青应力吸收层对路面整体刚度的影响随着水平荷载系数的提高而有所提高;沥青层底弯拉应力对水平荷载不敏感,高弹性橡胶沥青应力吸收层对路面整体强度的影响维持在23%的水平;沥青层最大剪应力随着水平荷载提高而显著增大,高弹性橡胶应力吸收层对路面整体抗剪强度的影响同样随水平荷载提高而提高,当水平荷载系数为0.5时,整体抗剪强度提高率为32%。

气-膜耦合作用下ETFE气枕的静力研究

为了研究气-膜耦合作用机理,对方形乙烯-四氯乙烯共聚物(ETFE)气枕进行静力荷载试验,研究气-膜耦合作用及其随影响因素的变化规律。通过在上膜面均匀铺置沙袋对气枕施加均布荷载,获得膜面位移、内压和膜面矢高。通过与有限元分析结果进行对比,校核试验结果的精确性。并通过将内充气体分别在恒质量和恒压情况下的试验结果进行对比,研究ETFE气枕的气-膜耦合作用特征及其随荷载、初始内压和气枕尺寸的变化规律。结果表明:气-膜耦合作用使气枕的上下膜面协同工作,共同承担外荷载、抵抗变形;随着荷载的增加,气-膜耦合作用逐渐增强;在荷载不变时,气-膜耦合作用随初始内压的升高而减弱,随气枕尺寸的增大而增强。