附加弹簧保护装置的悬索主共振响应分析

在索端附加弹簧保护装置可以减少外部环境振动对索网幕墙正常使用的影响,然而,索端附加弹簧保护装置会显著改变其静力和动力特性。为分析该保护装置对索结构静力和动力特性的影响,通过建立附加弹簧保护装置悬索的静力和动力非线性方程,求得频率的特征方程和振型的闭合解,并利用多尺度法求解主共振响应的近似解和幅频响应方程。分析了附加弹簧与悬索刚度比对不同垂度悬索的静力性能、前三阶频率和幅频响应的影响规律。结果表明:为将索变形控制在工程允许的范围内并同时降低最大索力响应,建议在工程上将附加弹簧刚度与悬索线刚度比取值在0.2到2之间。研究成果可以为索网幕墙附加弹簧保护装置的抗风和抗震的初步设计提供参考。     

支座激励下端部带水平减震装置悬索的动力分析

近年来工程中常将索网幕墙直接支承在两相邻结构上,在地震作用下两相邻结构的相对位移将引起索网幕墙破坏,造成安全隐患。针对相邻结构间单向索采光顶,提出在悬索端部附加水平减震装置来减小悬索的地震响应。水平减震装置包括弹簧和阻尼装置,弹簧装置可以减少悬索的地震输入,而阻尼装置可为结构提供附加阻尼;建立了端部带减震装置悬索的动力模型,推导了频率及模态阻尼比的计算公式,分析结构的阻尼特性,对支座激励下端部带减震装置悬索进行动力试验,检验了减震效果。结果表明：悬索动力特征系数αb²、刚度系数γ_k及阻尼系数ν是控制结构振动特性的3个无量纲关键参数,为了给悬索提供足够的附加阻尼,建议在工程上ν取值0～150,γ_k取值0～1;经减震装置参数的合理设置,悬索的动索力和动位移可减小30%以上。αb²较小或支座激励远离悬索自振频率时可仅在索端部设置弹簧减震装置,αb²较大且支座激励接近悬索自振频率时需设置弹簧阻尼减震装置。     

索网点式幕墙在主体结构多点激励下地震响应分析方法探讨

针对主体结构对单层索网点式玻璃幕墙地震响应的影响,指出了主体结构二次地震输入的纵向空间变异性,进而提出考虑主体结构影响的单层索网玻璃幕墙的地震响应分析方法,即多点激励联合法,并从理论及有限元算例分析上验证了其可行性和必要性。利用多点激励联合模型,在假设二次输入数学模型基础上,研究了主体结构二次输入参数对索网动力响应的影响,及阻尼对索网幕墙地震响应的影响,并得出结论:主体结构位移输入幅值和层间转角较大,或输入主频接近索网基本频率时,主体结构对索网幕墙位移影响较大。最后利用此方法进行算例分析对主体结构的影响大小进行了初步估计,为实际工程中索网幕墙的抗震设计提供参考。     

粘弹性支座RC梁在低速冲击下的动力响应计算

给出了基于Hertz接触理论的冲击体与梁结构之间的局部接触力-接触变形关系。根据弯曲理论,建立了具有粘弹性支座钢筋混凝土梁在低速冲击作用下的弹塑性动力响应计算方法,并通过算例分析了冲击速度、支座刚度和支座阻尼对动力响应的影响。分析发现:梁的总位移随冲击速度增大而增大,当冲击速度足够大时梁将出现塑性变形。支座条件对梁的动力响应有较大影响,梁的总位移最大值随支座刚度增大而减小,而相对位移最大值随支座刚度增大而增大,振动频率随支座刚度增大而明显增大;梁的总位移最大值随支座阻尼增大而减小,相对位移最大值随支座阻尼变化不明显,位移幅值衰减值随支座阻尼增大而增大,但振动频率不受支座阻尼影响。结果表明:采用粘弹性支座既能减小钢筋混凝土梁的相对位移幅值,又能加速梁的位移幅值衰减,提高了梁结构的抗冲击能力。     

框架-剪力墙结构地震响应分析的Laplace变换法

针对框架-剪力墙结构建立了动力分析模型,利用Laplace变换和逆变换,推导了框架-剪力墙结构的振型及其导数的表达式;根据边界条件求得了框架-剪力墙结构的频率和振型的计算方程,并采用Betti定律得到关于其分布质量和分布刚度的正交条件;同时利用正交条件对框架-剪力墙结构的运动方程进行解耦,经振型叠加得到结构地震激励下的响应;最后通过算例与有限元模型、已有方法对比,验证了所建立动力模型的正确性。     

弹性接触支撑梁横向振动动力学建模研究

考虑弹性梁与支撑弹簧之间的接触行为,建立三支撑弹性接触梁的分段线性动力学模型。采用假定振型法给出接触支撑梁的横向位移方程,推导得到梁和接触状态下的支撑弹簧的动能和势能,通过能量变分原理推导得到接触支撑梁的振动微分方程。利用Runge-Kutta 法求解梁在简谐激励下的时域、频域响应。理论计算结果与有限元法的计算结果吻合良好,验证了方法的准确性。然后借助分岔图分析表明不同的激励幅值、激励频率和弹簧刚度系数会使接触支撑梁产生性质不同的周期运动或混沌运动,从而影响接触支撑梁的非线性振动特性。     

温度变化对悬索主共振响应影响分析

基于增量热场理论,推导考虑均匀温度变化影响下受谐波激励的悬索非线性运动微分方程,利用Galerkin法将方程离散,并对离散后的方程进行线性分析。以悬索主共振响应为例,利用多尺度法求解其高阶近似解及幅频响应方程,通过算例研究温度变化对不同Irvine参数的悬索前四阶模态频率以及幅频响应曲线的影响。研究结果表明:悬索模态振型、频率和主共振响应受温度变化影响明显,且与其Irvine参数密切相关;温度变化有可能定性和定量地改变悬索非线性振动特性,其取决于线性项、平方和立方非线性项系数受温度变化的影响程度;相同程度的升温和降温对悬索振动特性的影响不对称。     

某大型博物馆结构风致响应分析

基于刚性模型风洞试验,对一个具有索网幕墙的新型杂交结构--某大型博物馆结构进行风致响应计算.在计算平均风响应时考虑结构几何非线性的影响;分析脉动风响应时将结构近似作为线性结构处理,采用平稳激励下随机振动的模态叠加法（CQC法）进行计算.计算结果表明,当关键点出现极大值响应时,平均风响应对峰值响应的贡献较大,而且动力响应中共振响应一般大于背景响应.此外,对于关键点竖向位移及结构支座竖向反力,主要是壳体悬挑部分的风荷载起作用;而索网面位移主要由索网面上的风荷载控制,悬挑部分的风压对其影响很小.     

考虑楼层刚度的新型消能伸臂结构动力特性研究

新型消能伸臂结构将伸臂与外框架柱节点断开并垂直连接黏滞阻尼器后利用两者之间的相对变形能获得较大能量耗散，已应用于越来越多的超高层建筑中。基于考虑普通楼层刚度提出新型消能伸臂结构简化等效模型并与ETABS计算结果进行对比，在此基础上分析楼层刚度、楼层数量及楼层梁跨度比等对整体结构主振型阻尼比、频率、最优阻尼系数等影响规律。结果表明：简化等效模型与ETABS计算结果吻合较好，附加阻尼比最大误差为13%;考虑楼层刚度后消能伸臂结构主振型附加阻尼比减小、频率增大；随着楼层梁刚度减小，附加阻尼比增大，最优阻尼比伸臂位置上移，最优阻尼系数增大；利用能量法提出的等效公式能反映楼层刚度对消能伸臂结构的动力特性影响并能简化分析过程，为新型消能伸臂结构的进一步工程应用提供了理论依据。     

单层平面索网结构非线性频率简化计算方法研究

单层平面索网玻璃幕墙结构是广泛应用于大型公共建筑中的一种新型结构形式,由于其挠度较大,结构具有较高的几何非线性,其动力特点不同于传统的线性结构。采用连续化薄膜理论建立了单索幕墙的非线性振动方程,并采用谐波平衡法求解了结构非线性频率的解析表达式,为校核解析公式的正确性,将其计算结果同精确的有限元非线性时程方法的计算结果进行了比较,吻合很好,该解析公式具有相当高的精度。同时指出结构位移为3/2结构振幅位置处的刚度即为单索幕墙结构的等效线性刚度,采用该等效线性刚度即可得到上述非线性频率的解析表达式。此外得到的结构非线性振动方程和非线性频率为结构在动力荷载下响应的求解提供了基础。     

大悬挑结构抗风拉索弹簧-阻尼减振支座性能试验与风振控制研究EI北大核心CSCD

为提高大悬挑结构的抗风性能,提出将圆柱螺旋弹簧与筒式黏滞阻尼器相结合设计形成弹簧-阻尼减振支座,并将其布置在柱顶与拉索配合起到竖向减振的作用。对该弹簧-阻尼减振支座的力学性能进行试验研究,依次开展了轴向刚度与低周往复加载试验共计61种工况,探究了静位移、位移幅值与加载频率对支座力学性能的影响,并基于有限元软件对安装弹簧-阻尼减振支座前后的体育场结构进行风振动力响应分析。结果表明:支座的轴向刚度随加载等级的增加而增大;支座的滞回耗能性能随位移幅值的增加而增大,等效阻尼比和等效刚度则随位移幅值的增大而减小;与支座性能随位移幅值的变化情况相比,其力学性能随加载频率的变化幅度更小,各个区段变化范围均小于±10%;静位移对支座的滞回耗能性能、等效刚度和等效阻尼比影响较小。弹簧-阻尼减振支座对大悬挑结构的风振响应具有显著的控制效果,最大达92.16%,平均38.79%。     

一种高阶模态涡振试验新气弹模型的模型参数优化设计

多点弹性支撑连续梁气弹模型是一种研究大跨桥梁主梁高阶竖弯模态涡激振动的新型气弹模型。为了使该模型的频率、模态质量和振型与原桥梁缩尺后的动力特征更好地匹配,提出了基于动力系统矩阵方程的模型参数优化方法。以模型的频率、模态质量和振型为优化目标,利用结构的振动方程,建立优化目标函数,采用最小二乘法获得芯梁刚度、弹簧刚度和附加质量的最优设计。通过数值分析对该方法进行了验证分析。以两座不同形式的悬索桥为例进行了该方法的可行性分析。研究结果表明:采用该方法设计的气弹模型能很好地与原结构相匹配。     

点式幕墙单层索网谐波地震响应的几何非线性研究

摘 要：预应力平面单层索网是几何非线性较强的柔性张拉结构,由索中预拉力及几何非线性提供平面外刚度,在静力平衡位置预应力刚度较小,荷载作用下结构发生较大变形,因而产生了较大的几何刚度。针对几何非线性对此结构受力特性影响的重要性,对结构几何非线性作了定量分析,提出了几何非线性因子的概念;采用几何非线性时程分析方法,探讨了影响不同几何非线性的单层索网的谐波地震响应。分析结果表明,索网长宽比及索预应力对几何非线性影响较大;单层索网动力响应存在峰值共振偏移现象;并指出峰值共振频率不同于结构的线性自振频率和非线性自振频率。     

玻璃对单层索网动力响应的影响

为保证玻璃与与索网的协同变形,建立包含玻璃面板、索网、爪件、密封胶的有限元模型,真实反映了单层索网幕墙的传力途径;根据有限元模型,研究玻璃面板对单层索网静力性能和动力特性的影响;在此基础上,考虑索网幕墙周围建筑建立数值风洞,建立流固耦合模型,研究索网玻璃幕墙振动特性;以索网在平均风荷载作用下到达的新平衡位置为基准,采用频域方法计算单层索网风致动力响应。对比分析结果表明:风荷载作用下,索网幕墙主要做受迫振动,振动为窄带过程;玻璃面板有效降低了索网的平均位移和脉动响应。     

面向索网结构关键刚度监测的目标模态测试策略

各种因素引起的预张力偏差将导致既有索网结构的刚度退化。通过测试少量的目标模态可以监测到索网结构关键刚度的变化;由于预张力偏差的随机性,最初根据索网理想(数值)结构模型确定的目标模态会在其所处的密频区内发生模态跃迁、局部化等变化;如仅依据这些理想的目标模态进行动力测试,将会降低对实际结构关键刚度偏差的监测精度;利用矩阵摄动理论,指出实际结构的目标模态振型可以表示为同一密频区内理想结构模态振型的线性组合。针对密频区内理想结构的每一阶模态,进行阶跃激励优化并抑制该频率区域内其它模态的振动;证明只要将这些优化后的阶跃激励荷载逐一施加到实际结构上,则该密频区内所有目标模态的振动可被充分激发,从而保证了其识别精度;利用识别到的目标模态参数计算出实际结构在主控荷载下的静力位移,便可实现对关键刚度变化的评价;借助一个马鞍形索网结构算例,对引入预张力偏差后的结构进行目标模态测试以及关键刚度评价,计算结果验证了该方法的有效性。     

单层平面索网结构风振响应的几何非线性特性研究

单层索网体系具有刚度小，质量轻，阻尼小等特点，对风荷载较为敏感，目前对该结构体系风振响应分析的相关研究很少，我国现行幕墙规范相关设计方法也不完善，深入研究索网结构的抗风性能显得尤为迫切。本文以线性自回归模型模拟脉动风速，采用随机模型时程分析方法计算索网的风振响应，探讨考虑不同脉动风速空间相干函数对分析结构风振响应的影响，着重研究在3种索网分析模式下的动力时程响应特征，以及在静力荷载作用下索网的非线性程度，分析结果表明：采用与风频率相关的空间相干函数进行索网的响应分析更合理；索网在平均风荷载作用下达到平衡位置后，在脉动风荷载作用下的非线性程度较弱，可以近似作为线性结构处理，因此可以平均风荷载作用下的平衡位置作为基准，采用频域方法分析单层平面索网的风振响应，这为下一步系统地研究点支式幕墙单层平面索网结构的抗风设计方法奠定基础。     

高层剪力墙复合基础隔震结构地震响应分析

针对高层剪力墙结构基础隔震问题,研制出双向抗拔滑动装置,与叠层橡胶隔震支座共同使用形成复合隔震系统。通过建立高层剪力墙复合基础隔震结构动力分析简化模型,推导出高层剪力墙复合基础隔震结构的频率方程、振型正交条件、广义质量与广义刚度。根据Hamilton原理,推导出橡胶隔震支座阻尼在各振型上的等效阻尼比,从而实现该体系运动...     

带预应力橡胶支座相邻隔震结构碰撞分析

普通橡胶支座(RB)隔震结构在强震作用下因水平位移过大而容易与相邻结构产生碰撞。应用非线性Hertz-damp碰撞单元,建立了带预应力隔震支座(PRB)的相邻结构碰撞模型,推导了其动力碰撞方程。在此基础上,研究预应力隔震支座对相邻隔震结构碰撞的影响,分析了其碰撞响应的影响因素。研究表明:与普通橡胶隔震支座相比,预应力橡胶隔震支座能有效减小隔震结构的水平位移,从而减小相邻结构的碰撞响应。     

碳纤维材料圆形双层正交悬索结构的非线性自振

建立了碳纤维材料圆形双层正交悬索结构的非线性自振控制方程,采用Galerkin原理及L-P法求得碳纤维材料圆形双层正交悬索结构非线性自振的近似解及双层索网层间接触力的近似解.在把碳纤维材料圆形双层正交悬索结构与钢丝材料圆形双层正交悬索结构比较的基础上,讨论分析了温度、振幅、索网垂度等因素对双层索网非线性自振及索网层间接触力的影响.得到了温度升高将使双层索网非线性自振频率降低,振幅和索网垂度增大会使双层索网非线性自振频率增大的结论.     

边缘构件刚度对索网结构风振响应的影响分析

本文根据索网结构中索系和边缘支承结构共同工作且相互影响的特点，运用随机振动理论，考虑风的三维相干性，讨论了脉动风作用下，边缘构件刚度对索网结构的自振频率和风振响应的影响规律。分析表明，临界刚度比是索网结构动力响应计算的一个关键参数。