PROBABILITY MODEL AND SOLUTION ON EARTHQUAKE EFFECTS COMBINATION IN ALONG WIND RESISTANT DESIGN OF TALL-FLEXIBLE BUILDINGS

A model on the earthquake effects combination in wind resistant design of high-rise flexible structures is proposed in accordance with the probability method. Based on the Turkstra criteria, the stochastic characters of wind velocity, earthquake ground acceleration and excitations occurrence probability are taken into account and then the combination of the earthquake effects in structure wind resistant design is analyzed with the convolution approach. The results indicate that as for the tall flexible buildings whose lateral force is governed by wind loading, the maximum lateral loads verification with respect to the wind resistant design combined with earthquake effects may be more unfavorable compared with that in terms of the earthquake resistant design involving wind effects.

地震和风耦合作用下超高层连体结构易损性分析

为探究超高层连体结构在多灾害耦合作用下的设计与安全性能,以苏州超塔为例,开展地震和风耦合作用下的多灾害易损性分析.根据设计资料建立结构有限元模型,分别开展结构在地震作用下以及地震和风耦合作用下的易损性分析,探究结构在多灾害耦合作用下的响应规律.结果表明,地震和风耦合作用下结构联合易损性随着地震动和风荷载强度的增大而增加,且地震动对结构的破坏占主导作用.地震与风耦合作用时结构达到中等破坏、严重破坏和倒塌破坏的概率均比仅地震作用时有所增加.当风速达到40 m/s时,结构在罕遇地震下达到3种破坏状态的概率分别为99.77%、91.56%和46.54%,相比于仅罕遇地震作用下分别提高了1.11%、10.73%和14.65%,相比于一般高层连体结构在同样的灾害耦合作用下分别提高了0.27%、6.26%和14.34%.

考虑桩-土相互作用的超大型单桩式海上风机结构地震响应

为了解决桩-土相互作用对超大型单桩式海上风机结构地震响应影响的问题,基于IEA 15 MW的固定式单桩海上风机原型,使用Abaqus建立考虑桩-土相互作用与泥面固定2种风机结构模型,桩-土相互作用通过一组非线性弹簧模拟。考虑风-波浪与地震联合作用,分析桩-土相互作用对超大型固定式单桩海上风机结构动力响应的影响。结果表明:针对超大型海上风机,桩-土相互作用效应使风机支撑结构的特征频率降低3%~6%;考虑桩-土相互作用的大兆瓦风机动力响应远大于泥面固定风机模型的动力响应;海上风机尺寸越大,桩-土相互作用引起的海上风机结构动力响应偏差越显著。

风浪联合作用下深水半潜平台耐波性能的数值模拟

通过数值模拟方法,研究风浪联合作用下深水半潜平台的耐波性能。该方法通过建立风速与波浪相干函数模型,利用该模型获得当前深水半潜平台不同工况下风速与海浪的关系,再计算风浪联合作用下深水半潜平台的海浪作用力和风作用力,以2个数值为基础,构建深水半潜平台耐波性能数值模拟模型,在不同情况下模拟风浪联合作用下深水半潜平台耐波性能。实验结果表明:该方法可在不同波浪周期时,模拟风浪联合作用下深水半潜平台的横荡和垂荡数值,在波浪周期较小时,垂荡与横荡数值也较小,深水半潜平台的耐波能力较强;风浪角越大,在波浪周期相同时深水半潜平台的垂向弯矩数值越大,其耐波能力则较小。

大兆瓦风力发电机组运行载荷与地震激励共同作用下的结构响应分析

风电机组在其全寿命服役期间持续受到风作用的同时会不可避免地遭受地震作用。文章以某大兆瓦风电机组作为研究对象,对其分别在正常运行、停机时发生地震和运行时发生地震情况下的结构变形和力学响应进行模拟分析。结果表明:风电机组变形随着塔筒高度的增加而增大,仅在地震作用下的水平位移明显小于风电机组运行状态;风电机组水平位移随着地震水平的增大而增大,且变形形态不变,越靠近塔顶,变形越明显;风电机组运行载荷对结构变形响应的影响明显大于小震和中震作用;此外,运行载荷和地震共同作用下的风电机组变形响应明显大于两种荷载单独作用下的变形响应的简单叠加,在风电机组的结构设计中,需考虑运行状态和地震激励的耦合作用;塔顶处应力响应最大,在设计中应对其截面进行重点验算。

中、美钢烟囱设计规范对比浅析

为加深工程师对美国规范中钢烟囱设计的理解,从而达到快速运用的目的,本文通过中、美两国钢烟囱设计规范主要规范条文的比较,分析了作用效应、作用效应组合、结构设计等相关内容,其中重点对比了风荷载和结构计算的异同,并指出两国设计方法的差异。本文内容可为相关工程设计提供参考。

地震和风耦合作用下连体高层建筑联合易损性分析方法研究

近年来,城市地标建筑的建设中,高层连体建筑越来越受到青睐,在其服役期内不可避免地受到风和地震等多种灾害作用。而单一灾害作用下的结构失效概率低估了结构损伤乃至倒塌的可能性,迫切需要多灾害作用下的结构安全性能评价方法。本文以苏州国际会议酒店的连体高层建筑为对象,开展了地震和风耦合作用下的联合易损性分析方法研究。首先,建立了地震和风耦合作用下的多灾害易损性函数和结构性能需求函数,形成了多灾害联合易损性分析方法。随后,选取了地震动记录,开展了基于数值风洞的结构风荷载模拟,并进行了单一灾害作用下的结构易损性分析。最后,基于均匀分布抽样了100组地震和风耦合作用的荷载组合,开展了结构多灾害联合易损性分析。结果表明,结构易损性随着PGA和风速的增大而增大;相比单一灾害作用,地震与风耦合作用下,结构各破坏状态的失效概率均有所增加;当风速达40 m/s时,罕遇地震作用下结构轻微破坏、中等破坏、严重破坏和倒塌破坏的概率相比仅地震作用时分别增加了1.13%,35.67%,84.00%和98.33%。本文研究为复杂高层建筑多灾害安全性能评价提供了可用工具和参考。

波浪地震联合作用下砂质海床沉管隧道动力响应分析

对于埋置于海床表层的沉管隧道,波浪作用是不容忽视的常遇海洋环境因素。不同于陆域地下结构,海底沉管隧道地震反应分析和安全评价应考虑波浪的联合作用。基于Biot完全耦合的动力有效应力分析方法,对波浪与地震联合作用下砂质海床-隧道之间的动力相互作用特性进行研究。研究结果表明,相较仅有地震作用,波浪荷载加速了沉管隧道周围海床地震残余超孔压的增长和渐进液化进程,增大了沉管隧道上浮量;波浪与地震联合作用对应的β谱谱值更大,且卓越反应周期向长周期偏移;波浪对海床地震动的影响深度有限,仅对海床地表以下15 m范围内的地震动有放大效应。忽略波浪环境作用对砂质海床场地设计地震动参数的影响,对于沉管隧道抗震设计是偏于不安全的。

深中通道管节港内系泊动力响应试验研究(Ⅱ:双管节试验)

以深中通道工程海底隧道为依托,对管节在港内系泊防台开展物理模型试验,量测系缆力以及管节运动响应参数,探究管节在系泊状态下的动力响应特征及规律。研究主要结论有:环抱式港区内泊位系泊条件是对波浪掩护条件最好的位置最优,靠近口门的泊位最差;不同载况下,空载时风场的作用最显著而有沉放驳和测量塔的重载+工况下,风的作用力也要明显大于仅管节的重载情况,与管节半载时接近(重载+沉放驳+测量塔>重载);E32非标准管节系于突堤码头(GC1泊位)时,在各载况条件下,半载时的缆力相对最大,其中尼龙缆的最大张力为773 kN,钢缆的最大张力为1024 kN,不同载况下缆力大小的排序为半载>重载+沉放驳+测量塔>重载。

输电塔-线体系罕遇地震-风共同作用下的多灾害响应研究

输电线路一般位于空旷地带,遭遇地震作用时,一般同时承受风荷载,有必要对其地震-风耦合作用下的多灾害响应进行研究。采用ABAQUS分析软件,建立某输电塔-线体系有限元模型。基于Kaimal功率谱密度函数,采用谐波叠加法进行风场模拟,生成输电塔-先体系各加载点风荷载动力时程,用以计算输电塔结构风振响应。选取三组三维地震波,分别对输电塔-线体系进行罕遇地震作用、罕遇地震-风耦合作用下的响应分析,研究风速、耦合作用时间及风向对结构动力响应的影响。研究结果表明:风荷载对输电塔-线体系罕遇地震作用下响应的影响不容忽视,其风荷载影响系数随风速的增大呈增大趋势。风荷载与地震作用耦合时间影响多灾害峰值响应,当单独作用的极值响应(正负号相同)接近于同一时刻发生时,输电塔极值响应可明显增大。风向对输电塔-线体系多灾害响应影响显著,不同风向的风荷载可能增大也可能减小输电塔在罕遇地震作用下峰值响应。

风—车—人群联合作用下浔江特大桥振动性能与舒适性评价

大跨钢箱梁斜拉桥具有频率低、阻尼小的特征,在风、车辆、人群等动力荷载作用下极易发生大幅振动,具有人行交通功能主梁的振动性能与舒适性评价是桥梁运营期普遍关注的问题。以在建的平容高速浔江特大桥(主跨636 m的大跨钢箱混合梁斜拉桥)为工程背景,通过桥梁动力响应时域理论分析,研究桥梁在风、车流、人群荷载联合作用下的振动性能、评价桥梁的振动舒适度,提出基于调谐质量阻尼器的舒适度提升措施。研究结果表明:1)在人群密度为1.5人/m^(2)的人流荷载、4级道路服务水平等级交通流车辆荷载和5 m/s风速范围内脉动风荷载联合作用下,桥梁竖向加速度峰值小于1.0 m/s^(2),横向加速度峰值小于0.2 m/s^(2),满足EN03设计指南的CL2(中等)舒适度标准。当风速超过5 m/s时,风、车流、人群联合作用下的桥梁振动加速度峰值不满足中等舒适度标准。2)人致振动响应以2 Hz附近的竖弯模态为主,车致振动响应以低阶和高阶竖弯模态为主,风致振动响应以低阶竖弯、扭转和侧弯模态为主,根据风、车流、人群联合作用下的桥梁振动特征,提出采用调谐质量阻尼器提升第1阶竖弯模态和第1阶扭转模态阻尼比的减振措施,减振后桥梁在15 m/s风、车流、人群联合作用下,桥梁振动舒适性满足CL2标准。研究成果可为类似桥梁的振动舒适性评价和减振设计提供参考。

某高层立体车库结构设计要点与分析

南昌市某高层立体车库,地下一层,地上27层,建筑高度53.70 m,采用钢框架中心支撑结构体系。地震作用产生的位移比风荷载作用下产生的位移小很多,结构布置主要由风荷载作用下Y方向计算结果控制。采用钢框架中心支撑结构体系,能有效控制水平位移,结构受力性能优越。主体钢构件在工厂模块化生产,现场采用高强螺栓安装,符合当前绿色施工和建筑节能减排政策,促进建筑业转型升级。本项目单体装配率为68.18%,可评价为A级装配式建筑。

风机塔架水平位移角计算方法与应用

风力发动机塔架顶端水平位移过大易引起振动从而影响运行安全,许多学者提出积分计算塔架水平位移公式。鉴于此,运用动量定理推导了风轮传递的水平推力公式,利用叠加原理给出了多阶柱位移公式,是避免了复杂积分的风机塔架水平位移角简化计算方法,并结合措美哲古风电场风机塔架给出了应用实例。

风浪流共同作用下海上风电基础与海床的动力响应分析

我国近海风资源丰富，但由于海洋环境条件的复杂性，开发利用近海风资源的规模和效益受到很大的制约；而风、波浪和海流等作为近海主要环境荷载对近海风机的正常运行起到决定性作用。采用谐波叠加法模拟得到近海风电场的风荷载时程，利用Morison方程和非线性波浪理论推导了波浪荷栽和波流荷栽的计算公式，最后根据Turkstra准则将风浪流荷载进行叠加组合，建立风浪流荷载共同作用下海上风电基础与海床动力相互作用的三维有限元计算模型。基于此模型，针对不同荷载组合条件下风机塔筒的水平位移、竖向应力以及基础的水平位移、桩身弯矩、桩身剪力等进行了动力分析，同时对风浪流荷载共同作用下桩基础周围海床的超孔隙水压力响应进行了计算分析，讨论了不同的荷载参数对海床超孔隙水压力的影响。结果表明：风荷栽对风机塔筒顶端水平位移、塔底应力影响较大，波流荷载对风机基础顶端水平位移、桩身弯矩、桩身剪力影响较大，而波浪荷栽则对海床孔隙水压力影响较大。可取最大风荷载和最大波流荷载叠加波浪荷载时程的组合为最不利组合方式。

地震和风耦合作用下上海中心大厦结构易损性研究

随着城市人口的增加,越来越多的超高层建筑在中国各大城市涌现,在其全寿命周期内不可避免的会遭受风甚至地震等多灾害的作用。以上海中心大厦为分析模型,根据其场地条件,采用Benowitez在2015年提出的1种基于随机波的模型方法模拟不同高度处具有空间相关性的脉动风荷载时程。通过对Perform 3D有限元软件建立的上海中心大厦模型进行非线性动力时程分析,研究地震和风耦合作用下对于结构性能的影响,并基于多灾害需求生成结构在地震和风耦合作用下的易损性曲面来研究结构的抗振可靠度。结果表明:结构的响应和易损性随着风速和PGA的增大而显著增大;随着风速的增大结构的响应和易损性均有增大的趋势,但随着地震动的增大,风荷载对结构响应和易损性影响逐步减小。

发电机故障时海上风电机组动态特性分析

以海上风电机组为研究对象,建立了风电机组模型,以湍流风和随机波浪作为输入条件,考虑重力载荷、空气动力载荷、惯性力载荷和波浪力载荷的影响,基于FAST软件仿真发电机故障时风电机组的运行过程,并研究了发电机故障时变桨速率对风电机组载荷的影响规律.结果表明:故障对风电机组叶片危害严重,发生故障时受惯性力增大的影响叶根处轴向力发生突变,叶根处受力最大;采用主动控制变桨-顺桨对叶片进行卸载,变桨速率对叶尖位移有重要影响.

风震联合作用下高层建筑主体结构和玻璃幕墙的性能研究

为研究风、地震单独及联合作用下,主体结构和玻璃幕墙的性能变化和相互影响,基于高烈度区98 m高框筒结构,依据规范要求增设玻璃幕墙形成总体有限元分析模型,选取3组三向地震动记录,并通过比例为1∶440的缩尺模型风洞试验获得不同重现期的风压时程数据,采用动力弹塑性分析方法,研究风、地震单独与联合作用下主体结构和玻璃幕墙的受力变化。结果表明:主体结构对玻璃幕墙的受力影响大于玻璃幕墙对主体结构的,在风、地震单独及联合作用下,主体结构的层间变形大于玻璃幕墙自身变形。在设防大震和超烈度大震作用下,主体结构的响应和玻璃幕墙的损毁范围随荷载增大而增大,结构变形增长大于结构基底剪力;玻璃幕墙在风荷载作用下未坏,主体结构完好,结构基底剪力、顶部楼层位移和楼层层间位移角呈线性增长;与单独大震作用相比,在1.1倍100年重现期风压和大震联合作用时,结构出现扭转现象,楼层层间位移角之比由1.0增至1.3,主体结构和玻璃幕墙的非线性响应大于风震单独作用的叠加,其中结构顶点位移和最大层间位移角为单独作用时求和值的121%、106%。在大震及风震联合作用下,玻璃幕墙容易发生破坏的位置为平行地震作用主向的侧面。

考虑冲刷作用效应桥梁桩基地震易损性分析

冲刷造成桩周土体的剥蚀将会削弱土体对桩基的侧向支撑能力,冲刷效应会对桥梁桩基的地震易损性产生影响,因此有必要对冲刷和地震共同作用下桥梁桩基的易损性进行研究。利用SAP2000软件建立三维桥梁有限元模型,通过非线性时程分析得到桥梁桩基地震响应峰值。采用概率性地震需求分析方法,建立不同冲刷深度下桥梁桩基地震易损性模型,在地震易损性函数假设为对数正态分布函数的基础上,通过回归分析得到概率模型中的参数,进而得到不同冲刷深度下桥梁桩基在不同破坏状态所对应的地震易损性曲线,并分析冲刷深度对桩基破坏概率的影响。研究结果表明:随着冲刷深度的增加,桥梁桩基在地震作用下的破坏概率显著增加。

地震作用下门式刚架轻型房屋钢结构的设计与分析

在《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS102∶2003)中,对地震作用下门式刚架轻型房屋钢结构的设计作了专门的规定。通过算例分析,分别讨论了地震作用组合工况对几种型式门式刚架轻型房屋钢结构的影响,藉以探讨门式刚架设计过程中地震作用的计算和抗震措施等问题。

一个关于高柔结构顺风向抗风设计中考虑地震作用组合的概率模型及求解

基于概率方法建立了高柔结构顺风向抗风设计中,考虑地震作用组合的总水平荷载的计算模型并进行了求解.在基于Turkstra准则的具体组合分析中,考虑了风和地震作用作为离散随机过程的发生概率以及风速和地面加速度的概率分布特征,并按照随机变量及相应函数的概率密度关系,得到了风和地震作用的概率密度分布.后利用卷积方法,分析探讨了结构抗风设计中地震作用的组合,并给出了实际的高柔结构算例.该研究反映对于水平荷载由风荷载起控制作用的高柔结构,最大水平荷载验算中,考虑风和地震作用后组合的总荷载可能较抗震设计中考虑了风荷载组合的结果更为不利.