高耸烟囱风致响应精细化计算方法

高耸烟囱的风致响应可分为顺风向响应和横风向响应,其中顺风向响应以大气脉动风引起的抖振响应为主,横风向响应以Karman旋涡脱落引起的涡激振动为主,准确地预测和评估这两种风致响应对其抗风设计和结构安全性至关重要。在Tamura提出的二维平面尾流振子模型的基础上进一步推导,将该模型成功运用在三维结构上,提出可用于实际工程结构的有限元迭代计算方法,为高耸烟囱类结构横风向涡振响应的计算提供了新的方法。此外,基于结构的固有模态坐标,建立了适用于高耸烟囱耦合抖振响应分析的有限元CQC频域计算方法,并将频域计算结果与时域计算结果对比。结果表明:有限元迭代计算方法可以有效地计算三维烟囱的涡振响应,烟囱抖振响应频域计算和时域计算结果吻合良好。

考虑工业高位储仓设备与主体结构相互作用的地震响应分析

工业重型储仓因其存储量大、密封性好等特点在工业建筑结构中有广泛的应用。由于工业储仓相比结构总重占比较大,依托在地震作用下重型储仓与主结构发生相互作用。本文选取一高架式燃煤储仓作为研究对象,将储仓按简化荷载方式与精细化建模方式分别建立简化荷载模型与设备-结构一体化模型,研究了储仓与主结构相互作用对主体结构地震效应的影响。选取7条与设计反应谱匹配的地震波以开展动力时程分析,分析中考虑了单向输入与双向输入两种情况,对比了两类模型中主结构最大基底剪力、层间位移角分布,以及支承层局部构件内力的结果。分析结果表明简化荷载模型与设备-结构一体化模型在基底剪力与层间位移角等整体响应指标上的差异较小,最大相对差异不超过10%;在局部支承层结构构件及储仓支座反力的地震效应上差异较大,最大相对差异超过60%。受储仓晃动的影响,在单向与双向地震动输入下,一体化模型支座反力分别是简化模型的1.34倍和1.46倍。相比荷载简化模型,忽略重型储仓的空间晃动会低估主体结构梁、柱、支撑构件的地震效应,导致设计不安全。

黏滞阻尼器减震框架结构保持正常使用功能的设计要求探讨

《建设工程抗震管理条例》要求两区八类建筑需采用减隔震技术,并保证设防地震时能够满足正常使用要求。目前针对减震结构满足正常使用功能的设计方法尚未达成共识。RISN-TG 046—2023《基于保持建筑正常使用功能的抗震技术导则》等新编标准针对减震结构提出了系统的基于性能的设计要求。基于一个8层RC框架采用黏滞阻尼器的减震结构案例,按照该标准及其他现行标准的不同要求进行了减震设计,对比了不同设计方案的土建成本及地震响应,并对减震结构的剪力、位移角和构件损伤进行了讨论,结果表明,在进行减震结构设计时,建议按照RISN-TG 046—2023《基于保持建筑正常使用功能的抗震技术导则》要求控制设防地震下的层间位移角,可按照DGJ 08-9—2013《建筑抗震设计规程》或JGJ 3—2010《高层建筑混凝土结构技术规程》或GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》控制承载力,为减震结构保持设防地震下正常使用功能的设计提供参考。

工业厂房结构及非结构构件抗震性能参数研究综述

合理选择抗震性能参数是评估工业结构及非结构构件抗震性能的必要前提。针对当前工业建筑抗震性能参数缺少统一选择标准的现状,文中对抗震规范建议及行业内常用的性能参数进行阐述,探讨各参数的适用条件,并对性能参数研究中存在的问题进行分析。通过对比国内外抗震规范中的性能水平划分方法与建议的性能参数,分别从地震动强度参数、工程需求参数与损伤参数角度,分析性能参数在复杂工业结构抗震性能评估中的适用性与有效性。最后,针对工业厂房结构不规则、楼面反应谱计算等问题进行讨论。

高耸烟囱风致振动的TPIMS减振数值分析

以某高耸烟囱为工程背景,提出了一种预测三维烟囱涡振响应的新方法。通过该方法可有效避免复杂的公式推导与数值计算;经连续随机离散流技术(consistent discrete random inflow generation,CDRFG)模拟紊流风场,建立两种减振系统的有限元模型,计算对比惯容减振系统(tuned parallel inerter mass system,TPIMS)与调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)的风致振动减振效率。结果表明:新的预测方法能较准确地预测三维烟囱的涡振响应;基于相同质量比,惯容减振系统相比TMD有更高的减振效率,但其存在质点行程过大的问题,需要在具体工程设计中加以关注。

基于状态空间模型的大型风力机运行模态及不确定性分析

随着叶片更长和塔架更高的发展趋势,长期处于恶劣环境下运行的大型风力机因振动问题引起的故障甚至倒塔现象日益突出,这给风电行业的可持续发展带来极大的风险。风轮运转时风机振动带有明显的气动阻尼和周期性成分,准确获取风力机在运行中的动力特性非常重要。此外,由于测量误差、建模误差、信号时长等不确定性因素,模态参数估计的准确程度也是安全性能评估的关键因素。全文采用随机状态空间模型和极大似然估计的方法,研究带有谐波影响的风力机运行模态和不确定性分析,通过最大期望(EM)算法求解极大似然估计和克拉美罗下界(CRB)近似模态参数的不确定性水平。以某一在役大型风力机为例,比较分析了风机塔架不同方向模态参数的差异性,以及不同工况下模态参数及不确定性的变化。

含重型储仓的工业厂房结构抗震设计方法研究

以美国ASCE/SEI 7-16与中国《建筑抗震设计规范》为例,梳理并对比了中美规范对含重型储仓工业厂房的抗震设计方法。同时,以一实际火电厂主厂房工程为例,基于厂房内煤斗设备特征与中美规范的相关要求,建立了煤斗与主厂房结构的整体模型。通过时程动力分析,将整体建模法与工程实际中常使用的另一种抗震分析方法——直接荷载法的设计结果进行了对比分析。结果表明,直接荷载法用于含重型储仓工业厂房结构的抗震设计时,与整体建模法存在较大误差。本文基于储仓设备动力特性与传力等效的思路,提出了等效简化模拟方法,计算结果表明,该简化方法在弹性范围内的地震响应接近整体建模法的设计结果。

重型高位储仓设备隔震优化设计方法有效性研究

以工业高位重型储仓设计为非经典调谐质量吸能器(TMD)为导向,研究了既有TMD理论在高位重型储仓隔震优化设计中的适用性问题,提出了一种考虑阻尼比限值与地震动特性的优化设计方法。计算表明,附加阻尼比设计目标限值放宽到0.1以后,该方法设计结果更接近工程实际。重型工业高位储仓的隔震设计主要有调谐质量减震与周期延长两个思路。本文采用一实际火电工业结构煤仓间部分为研究对象,分别采用天然橡胶支座与铅芯橡胶支座对高位煤斗设备进行隔震设计,研究2种设计思路对结构的减隔震效果。结果表明,重型储仓隔震设计中首要考虑因素是调谐减震。在最优减震区段内,调谐减震与耗能减震的贡献之比约为1.93:1,相比采用天然橡胶支座且仅考虑调谐作用的隔震设计,采用铅芯橡胶支座可提供滞回耗能以改善调谐减震的鲁棒性较弱的问题。

含重型储仓设备结构的楼面反应谱分析和储仓设备的抗震设计

重型储仓是工业构筑物中较为常见的设备之一。以某高架式钢储仓结构为研究对象,按是否考虑设备与结构相互作用建立了简化荷载模型与设备-结构一体化模型。选择18组与设计反应谱匹配的地震动为输入,对两类模型开展弹性、弹塑性时程分析与增量动力分析,得到结构的动力响应及储仓支承楼层的线性与非线性楼面反应谱。将非线性楼面反应谱作为储仓设备的抗震分析的输入,求解了储仓设备的地震响应。与设备-结构一体化模型在弹塑性时程分析中得到的储仓响应结果进行对比,验证非线性楼面反应谱用于重型储仓设备抗震设计的合理性。结果表明,考虑结构非线性会导致楼面反应谱峰值发生偏移;随着输入地震动强度的增加,设备与结构的相互作用程度会发生变化。由设备-结构一体化模型得到的楼面反应谱对储仓设备进行单独抗震设计时结果偏保守。