分布式双电机后驱电动汽车的横摆稳定性控制策略

【目的】为了提高车辆的横摆稳定性,提出了一种三层结构的分布式双电机后驱电动汽车横摆稳定性控制策略。【方法】上层观测器采用扩展Kalman滤波器估计动态前后轴的侧偏刚度,以提高控制系统的模型精度与稳定性;中层控制器采用基于正切函数的滑模控制器对系统误差进行控制,通过调节系统误差调节期望的附加横摆力矩的大小;下层控制器以轮胎利用率之和最小为优化目标,将期望的附加横摆力矩分配到后轴驱动轮上,从而实现弯道行驶过程中车辆的横摆稳定性控制。【结果】仿真结果表明,相比于采用静态侧偏刚度的横摆稳定性控制系统,最大滑模面误差减少了44%,横摆角速度期望值趋近于实际值的程度提高了10.5%。【结论】本文设计的控制策略具有更好的鲁棒性,同时动态侧偏刚度使横摆角速度期望模型的期望值更趋近于实际横摆角速度值。

多层剪切型支撑钢框架整体稳定性的解析算法研究

剪切型支撑钢框架整体稳定计算需考虑钢框架与剪切型支撑之间的相互作用,还需要考虑同层柱间的相互支援以及层与层之间的支援作用,规范计算长度系数法无法考虑这些因素可能会造成不合理设计。提出了一种计算多层剪切型支撑钢框架整体稳定性的解析算法,首先分析了支撑刚度与结构临界承载力之间的关系,推导了层临界支撑刚度计算公式,接着利用弹簧-摇摆柱力学模型推导了任意支撑下框架柱临界刚度比系数计算公式,然后将各楼层的有效抗侧刚度及荷载刚度进行楼层间的组装,将求解剪切型支撑钢框架的临界承载力转化为求解结构的楼层有效抗侧刚度,最后基于轴力权重加权平均的方法推导了可直接求解多层剪切型支撑钢框架临界承载力的计算公式,该公式能够判断结构的薄弱层,可以定量地计算楼层之间相互支援程度,有效地弥补规范尚无法求解弱支撑钢框架柱计算长度系数的不足。

某388m超高层建筑的侧移刚度与整体稳定性分析

通过某带伸臂桁架和环带桁架加强层的边筒-周边框架体系超高层结构工程设计实例,讨论了高层建筑结构侧移刚度和整体稳定性分析方法。指出在计算结构侧移刚度时应考虑楼板面内有限刚度、地下室结构构件变形、混凝土抗侧向力结构构件开裂刚度折减及二阶效应,从而得到更准确的结构侧移变形和最低阶整体屈曲荷载因子。提出了利用弯矩-曲率分析方法,并根据构件实际受力状态,迭代计算混凝土抗侧向力结构构件的开裂刚度折减系数。比较了中国、欧盟及美国规范关于整体稳定性分析的计算方法,提出在进行整体稳定性分析时,应考虑各种不利因素,从而准确评估二阶效应。讨论了高层建筑在正常使用极限状态下层间位移角限值的取值,并介绍了美国规范对层间位移角的计算方法和限值的建议。详细论述了当前中国规程中关于侧移刚度分析的不足并提出建议,以期为相关类似工程设计提供参考。

全框支剪力墙结构层间刚度比及受剪承载力比分析

由于使用功能原因轨道交通车辆基地全框支剪力墙结构首层层高突变,导致首层与上一层(一般为转换层)的刚度比和受剪承载力比突变,而且超出规范限值较多。文中对现行规范关于楼层侧向刚度和受剪承载力的计算方法进行了讨论,对水平荷载作用下全框支剪力墙底部框架的受力特点进行分析,指出上述楼层侧向刚度和受剪承载力的计算方法不适用于全框支剪力墙结构。建议在保证上部剪力墙先于底部框支框架屈服的前提下,不控制车辆基地全框支剪力墙结构首层与2层的层间刚度比和受剪承载力比。

外附减震子框架提升既有RC框架结构抗震性能

为了对比外附屈曲约束支撑子框架的不同形式对既有钢筋混凝土框架结构进行消能减震加固的区别。根据《建筑抗震设计规范》(GB 50010-2010)的反应谱,忽略屈曲约束支撑子框架质量,利用未设置屈曲约束支撑的单自由度体系和设置屈曲约束支撑的单自由度体系的层间抗侧刚度比,推导了两者周期、层剪力和层间位移的计算式。将屈曲约束支撑子框架作为既有钢筋混凝土框架结构增设的抗侧力子结构,给出了多遇地震作用下的刚度比-层间位移和层剪力曲线。随后,针对多自由度体系,忽略阻尼的影响,基于变形叠加原理论述了未设置与设置屈曲约束支撑子框架体系之间的周期、层位移和层剪力的关系式。基于推导的相关计算式并结合实际工程应用总结,提出了设置屈曲约束支撑子框架加固既有多层钢筋混凝土框架结构的实用设计流程。最后,结合工程案例对比了采用钢筋混凝土子框架与钢结构子框架的区别,算例表明,采用屈曲约束支撑钢结构子框架体系更具有优势。

基于刚度比的基础隔震结构减震系数

水平向减震系数是隔震设计的重要指标.将上部结构与隔震层刚度之比作为基本变量,通过双自由度等效模型对减震系数的影响因素进行了理论研究.通过振型分析计算了上部结构的等效转换系数,推导了刚度比形式的内力和减震系数表达式,分析了减震系数的影响因素,计算了隔震结构满足减震系数要求所需的刚度比限值.发现减震系数曲线存在不变量即基准曲线,提出基准点概念.结果表明,刚度比和隔震层阻尼比是减震系数的决定因素,减震系数随刚度比或隔震层阻尼比增大而减小;当刚度比大于4.5或8时,减震系数分别低于0.5或0.4;与5个工程实例对比,减震系数表达式准确性较好.成果整理成表格可供查阅.

基于不同变形模式耗能框剪结构地震响应分析

基于地震作用下双重结构体系中两个分体系侧向变形模式的不同,提出一种在两个分体系之间设置BRB的新型耗能结构,以框架剪力墙双重结构为例,建立不同剪力墙与框架抗侧移刚度比耗能双重结构强度模型,输入6条不同特征的地震动记录进行非线性动力时程分析,结果表明:耗能双重结构与传统结构相比,出现了两个分体系模态振型不一致的交互振动,且基本周期增长;在BRB屈服强度设计为相应传统结构连梁内力的10%~33%时,耗能双重结构的峰值加速度、基底剪力、基底弯矩响应与传统结构相比均明显减小,尤其剪力墙响应更为突出,表现出了以框架为主引起的惯性力向剪力墙传递时被“切断”的耗能机制;耗能双重结构相比传统结构框架侧向位移响应有所增大,但合理设计BRB参数可以将层间位移角控制在规范限值内;耗能双重结构中剪力墙与框架抗侧移刚度比越大,峰值加速度响应和基底剪力响应减小越显著,框架侧向位移增大幅度也比较小,结构耗能效果越好。

超限高层建筑抗震性能化设计若干问题探讨

针对超限高层抗震性能化设计中若干问题进行了探讨,首先讨论了刚重比、位移比、侧向刚度比这3个重要的指标,提出了计算中存在的问题并给出建议;其次介绍了抗震性能化设计方法和抗震性能评价,提出了根据结构特点和结构构件的重要性应采取差异化的性能目标,并探讨了等效弹性计算方法与弹塑性时程计算方法的优缺点;然后对超限高层建筑中常见的几个专项分析及存在的问题进行了探讨,温度作用效应分析由于影响因素较为复杂,不必拘泥精确的数值结果,更应注重定性规律和构造措施,建议穿层柱屈曲分析时可采用构件单位力加载模式;最后针对高层连体结构,提出了地震波选取应兼顾塔楼和连接体的振型周期,说明了连体支座选型应注意的问题。

考虑层间支援无侧移框架整体稳定性的实用算法

针对规范计算长度系数法逐根构件求解无侧移框架整体稳定的不便,以及无法考虑同层柱之间的相互支援和层与层支援作用的不足,本文探寻了无侧移框架同层柱间支援以及层与层之间的支援规律,利用弹簧-摇摆柱模型采用结构转换的方法推导了无侧移框架柱临界刚度比系数;利用该系数通过分析无侧移框架特征结构单元确定结构层荷载因子,确定表征无侧移框架楼层刚度富余程度的层刚度富余系数和表征层间支援作用的层支援系数;基于轴力权重加权平均的方法推导了可直接计算无侧移框架整体稳定承载力的计算公式。该公式能够定量地计算无侧移框架楼层之间相互支援程度,避免了计算长度系数法可能因无法考虑2种支援作用造成的不合理设计,可供工程设计和理论计算使用。

高耸类结构抗侧刚度突变位置统计矩比值检测方法研究

提出一种时域内的高耸类结构抗侧刚度突变位置快速检测方法。首先在高耸类结构同一竖直线上等高度间距布设测点,获取结构各高度测点在水平方向的同步动力响应;其次计算出响应信号二阶统计矩,并将相邻测点响应二阶统计矩作比,绘出该比值随测点高度变化的关系曲线;最后根据曲线突变位置判断结构抗侧刚度突变节段所在位置。本文基于单自由度结构统计矩理论,推导了多自由度结构体系响应统计矩与结构节段抗侧刚度的映射关系,首次结合矩阵摄动法论证了利用结构响应二阶统计矩比值曲线判段结构抗侧刚度突变节段位置的可行性,考虑实际工程应用中存在的诸多影响因素,利用数值模拟论证分析不同高耸结构在不同激励形式及30、40 dB噪音影响下所提方法的适用性,最后结合现场风电塔筒的实测响应数据进行分析研究。研究结果表明利用结构位移响应二阶统计矩作为检测指标,通过高耸结构相邻测点响应统计矩比值曲线,能够初步判断高耸类结构抗侧刚度突变位置,无需进行高耸结构抗侧刚度突变前后数据指标对比,有助于在实际高耸类结构检测工程中得到应用。

钢结构中防屈曲支撑设计与施工技术研究

钢结构具有轻质高强、工期短、污染少等优点,但抗侧移刚度小、抗震性能差,常用的抗震措施有增大梁柱截面、提高配筋率和强度等,但这些措施存在不经济、普通支撑构件易变形等问题。结合工程实际对防屈曲支撑BRB在钢结构中的设计与施工技术进行研究。阐述BRB的组成与作用机理,通过采用D值法、设定抗侧刚度比对BRB构件进行选型与布置,并通过有限元软件SAP2000对结构进行动力弹塑性时程分析,验证设计可行性;通过试验得出所选构件材料性能满足要求,最后通过BIM深化梳形预埋件、气体保护焊等施工方法完成安装并验收合格。BRB作为结构耗能减震元件,可大幅吸收地震能量且不发生屈曲,提高结构抗震能力的同时节约用钢量。

基于计算高度修正方法的圆柱螺旋弹簧横向刚度研究

通常螺旋弹簧横向刚度计算的理论值与试验值偏差较大,通过理论推导分析标准BS EN13906-1推荐的计算公式发现:螺旋弹簧计算时的高度对其横向刚度影响较大,同时不同长细比的弹簧依据规范公式计算的偏差大小不一;螺旋弹簧在不同垂向压缩比下,其横向刚度并非是一个常量,呈现一定的相关性。通过引入计算高度及其修正条件,并采用有限元方法和试验验证,表明采用修正方法计算的弹簧横向刚度值与试验值最为接近,最大偏差不超过15%,可以满足工程应用的需要。

基于非局部理论的土中桩基纵向振动特性分析

为了考虑土体孔隙动应力、孔隙尺度和土体颗粒大小等因素的影响,在Eringen提出的非局部理论的基础上,结合土动力学理论,建立了基于非局部理论的土体振动控制方程。将桩-土之间的动力相互作用等效为动力Winkler弹簧-阻尼器,忽略桩周土体的径向位移和环向位移,运用Novak薄层法,考虑土体无穷远处和桩-土接触面处的边界条件,得到了桩周土体纵向振动的解析解以及动力Winkler弹簧-阻尼器的刚度系数和阻尼系数。在基于非局部理论土体纵向振动研究的基础上,建立了桩基的纵向振动控制方程,根据桩端边界条件求解了桩基的纵向振动问题,给出了桩顶复刚度和导纳的解析解。通过数值算例分析了非局部效应、桩基长径比和桩土模量比对考虑非局部效应的土中桩基纵向振动的影响规律。数值分析结果表明:简谐荷载作用下,考虑非局部效应的桩-土系统同样存在共振现象;在高频时,非局部效应对桩基纵向振动的影响不能忽略;桩土长径比和桩土模量比的影响较大,桩基几何尺寸是桩基抗震设计需要重点关注的因素,可以通过改变桩身混凝土弹性模量或者对土体进行夯实等措施来改善桩基的振动。

基于OpenSees摇摆减震钢框架名义抗侧刚度比影响性分析

防屈曲支撑(BRB)和柱脚摩擦阻尼器(FDCF)作为摇摆减震钢框架(RDSF)的减震单元,能够为RDSF提供抗侧力及附加阻尼比,对RDSF的耗能能力及相应抗震性能有关键性影响。名义抗侧刚度比λ对RDSF地震响应影响较大,将λ作为BRB和RDSF设计的关键参数,通过OpenSees有限元软件建立大量数值分析模型,综合分析并作大量计算。分别建立不同楼层RDSF数值分析模型,改变名义抗侧刚度比λ形成对比算例,通过弹塑性时程分析和往复位移加载方式研究RDSF在地震作用下框架响应。同时基于RDSF响应曲线和分析结果拟合框架设计过程中λ的公式。结果表明,λ对RDSF的位移响应和耗能能力影响明显,建议其取值范围为2.4~4.0,可在具备足够的抗侧刚度下充分发挥BRB的耗能能力。在楼层数大于15时,不同λ下BRB的耗能比几乎一致。

基于抗侧刚度比的混凝土框架结构减震性能分析

【目的】酒店结构常常会因为建筑使用功能的要求首层层高做得很高,随之而来的是首层会出现薄弱层结构在地震作用下必然会在首层应力集中,加剧结构的破坏。【方法】对于这类问题,本研究以实际的酒店工程为例,通过有限元软件ETABS,对纯混凝土框架结构和增加屈曲约束支撑刚度比为0.5、1.0、1.5、2.0的结构建模分析,并按规定选取二条天然波和一条天然波,对其进行动力特性分析及动力响应分析。【结果】从分析中可知,随着抗侧刚度比的增加,结构的层间位移角、楼层位移等都有明显的减小趋势,当抗侧刚度比为1.0时,效果最明显。继续增加抗侧刚度比,结构的动力特性减小不再显著,但顶部楼层的动力响应有增大趋势。【结论】因此,通过合理设置支撑与结构的抗侧刚度比可以实现很好的耗能减震效果。

带加强层框架-核心筒结构中单伸臂桁架刚度比的合理取值

推导带加强层框架-核心筒结构顶层位移的简化计算公式,提取影响结构顶层位移的刚度比特征参数:伸臂弯曲刚度比i、伸臂剪切刚度比g、外框架柱弯曲刚度比p。采用ETABS软件建立一253.2 m超高层结构模型,研究水平均布荷载和地震作用下结构的侧移、内力与i、g、p的相互关系。研究结果表明,采用刚度比特征参数i、g、p对结构侧向刚度进行优化是合理可行的,p对结构侧向刚度影响最大,其次是g,最小是i,其中i的取值不宜超过0.6,g的取值宜控制在0.9～3.5区段之间,p的取值宜控制在1.3～4.6区段之间。

带加强层高层建筑中加强层刚度的合理取值

参考已有简化理论分析结果,提取出带加强层高层建筑结构顶点侧移的主要影响因素.采用sap2000对带加强层高层建筑进行有限元分析,研究了倒三角形侧向荷载作用下结构侧向刚度、构件内力与加强层伸臂相对刚度及外柱相对刚度的关系.分析了带加强层高层建筑结构在侧向荷载作用下的受力性能,提出在适当加强加强层附近楼层的前提下,通过结构侧移及构件内力与加强层伸臂刚度、外框架柱的刚度等的关系曲线对带加强层结构伸臂刚度取值进行优化,可供此类结构的设计参考.

钢筋混凝土框架结构楼层刚度比限制方法研究

限制楼层刚度比是结构抗震设计中的关键控制指标之一。通过3个首层层高不同的钢筋混凝土框架结构模型振动台试验和动力弹塑性时程分析,研究楼层刚度突变对钢筋混凝土框架结构软弱层的形成和结构破坏倒塌模式的影响,结果表明:限制上、下楼层侧向刚度比对于防止结构发生软弱层的破坏、倒塌是十分必要的;控制楼层侧向刚度不小于相邻上一层的70%或不小于其上相邻3个楼层侧向刚度平均值的80%,采用楼层剪力与层间位移比的方法来计算楼层侧向刚度比,并以此方法判定结构的软弱楼层比较合理;对于刚度比不满足限制条件的楼层,地震剪力取1.15的放大系数,但其数值偏小,宜适当提高。

钢-连续纤维复合筋增强混凝土柱抗震性能试验研究

具有稳定二次刚度和良好震后可修复性的钢-连续纤维复合筋(SFCB)增强混凝土柱的抗震性能与普通RC柱有较大差别,本文对在水平往复荷载作用下,轴压比为0.12的4个SFCB增强混凝土柱及1个RC对比柱的抗震性能进行试验研究。SFCB增强混凝土柱主要变化参数为SFCB中的纤维种类(玄武岩纤维和碳纤维)和钢/纤维比例。研究结果表明:①SFCB增强混凝土柱相对普通RC柱具有稳定的二次刚度,在复合筋内芯钢筋屈服后,SFCB增强混凝土柱承载力仍可稳定提高;②SFCB增强混凝土柱由于复合筋的二次刚度,实现了在与普通RC柱相同柱顶变形能力的前提下,具有较小柱脚曲率需求的特点,从而实现较小的卸载残余位移,较高的震后可修复性能;③SFCB增强混凝土柱的性能特点与复合筋中外侧纤维有直接关系,钢-玄武岩纤维复合筋增强混凝土柱相对于钢-碳纤维复合筋柱具有更好的延性(二次刚度有效长度)和相同柱顶侧向位移水平下卸载时更小的残余位移。

高层斜交网筒结构体系抗侧性能相关影响因素分析

提出高层斜交网筒结构体系的基本构成,分析其抗侧性能的相关影响因素。通过弹性反应谱法进行系列模型计算,探讨斜柱角度、相邻主环梁间距、结构高宽比等几何参数以及斜柱与环梁的相对刚度、角柱、杆件连接形式等结构因素对结构抗侧性能的影响。其中,斜柱角度和高宽比是主要影响参数,相邻主环梁间距影响不大;结构最大抗侧刚度对应的斜柱角度往往处在某一区间,随着高宽比的增大,此角度区间整体上移、区间范围变窄,在此区间相邻主环梁间距的影响最小。有无角柱,尤其是杆件连接形式以及斜柱与环梁的相对刚度对结构抗侧性能和受力的影响很小,设置角柱导致一定程度的应力集中。结构设计主要根据高宽比确定斜柱角度,相邻主环梁间距、是否设角柱、杆件连接形式等则由便于施工及建筑效果而定。