开孔结构屋盖风致响应的模态分析法

利用迭代算法推导了迎风面开孔结构屋盖风致响应的模态计算理论.在传统模态分析法的基础上考虑结构内压与屋盖的耦合作用,推出了模态空间不独立的频响函数矩阵来描述屋盖的风致响应特性,对一典型钢网架平屋盖风致位移响应和加速度响应在迎风面开孔影响下的变化进行了参数分析,并实施了气弹模型风洞试验对理论成果进行验证.研究结果表明,当开孔率足够大时考虑开孔后屋盖结构的风致响应会大幅增加,而随着来流风速的增加,屋盖风致响应的增幅与封闭式屋盖相比是减小的.     

块Lanczos法在大跨屋盖风致响应中的应用

提出块Lanczos向量直接叠加法分析大跨屋盖结构的风致响应.将适用于单个初始荷载向量的Lanczos方法推广到由多个初始荷载向量线性组合的一般动力荷载情况.由于不仅Lanczos块内的向量之间相互正交,而且Lanczos块之间也相互正交,屋盖结构的运动方程变换为块三对角矩阵的带状形式.这个途径不仅便于有效地应用时间域逐步积分解法,而且便于应用频率域解法.对脉动风荷载作用下的屋盖结构,多个初始荷载向量可应用本征正交分解得到.它将风压场分解为主坐标与协方差模态的组合,主坐标仅依赖时间而协方差模态仅依赖空间位置.根据圆拱顶屋盖模型风洞试验得到的风荷载,采用块Lanczos法、一般的Lanczos法以及传统的模态叠加法计算了屋盖竖向位移响应.对块Lanczos法的精度及效率作了讨论.     

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.     

以Lanczos向量直接叠加法确定圆拱顶屋盖风致响应

提出以Lanczos向量直接叠加法确定大跨屋盖结构的风致响应。传统的模态叠加法中无法保证精确计算的特征向量一定能够参与动态响应。与传统模态叠加法不同,在生成正交的Lanczos向量算法中只产生在荷载展开式中有较大参与系数的向量,并用于后续的模态叠加法之中。产生第一个Lanczos向量的空间向量来自于屋盖风压场的本征正交分解(POD)。利用同步多点压力扫描技术对一个圆拱顶屋盖进行了风洞试验。利用所提出的方法分析了屋盖风致响应,并与传统方法以及采用平均风荷载作为空间向量的Lanczos向量直接叠加法进行了比较,说明了本文方法的有效性。     

大跨屋盖结构风振响应主要参振模态确定方法研究

合理选取主要参振模态是保证大跨屋盖结构风振响应计算精度的关键问题。本文以模态空间分布与风荷载空间分布相关性强弱作为选取主要参振模态的依据,考虑到屋盖结构表面风荷载分布的不确定性,提出了通过低阶主要贡献模态间接寻找风荷载强相关高阶模态的思想,首先实现对高阶参振模态数量的缩减。在此基础上,结合低阶参振模态,通过对模态响应方差矩阵的简化处理,构造了其等效矩阵,根据等效矩阵中对角线元素定义了模态参与系数,通过该系数能够方便的实现对主要参振模态的选取。最后,通过国家体育场屋盖主结构的风振响应分析对所提出方法的有效性进行了验证。     

利用POD对双坡屋盖风压场预测

本文利用本征正交分解(POD)方法对双坡屋盖未布置测压点位置的风压时间序列进行了预测。采用线性插值及双线性插值得到预测点位置上的本征模态值。结构由原风压场协方差分析得到的主坐标和上述新本征模态值获得未布置测压点位置的风压时间序列。通过在时间域和频率域内比较预测出的风压与实测风压说明了POD在预测双坡屋盖风压场的有效性。     

开槽对大跨悬挑平屋盖结构风荷载的影响

本文结合一大跨悬挑平屋盖模型的风洞试验研究，分析了此类结构屋盖的平均局部体型系数和极值局部体型系数的分布特性；并根据其风压的分布特性，提出在悬挑屋盖承受较大负压的屋檐和角点附近这些遇强风易发生破坏的部位采取开槽气动抗风措施，进一步研究了该气动抗风措施对大跨悬挑平屋盖结构风荷载的影响，试验结果显示，它们可以有效地削减屋盖风敏感处的风荷载值，使平均局部体型系数大约降低50％，极值局部体型系数大约降低25％，所得的这些结果对于结构的抗风设计有一定的指导意义。     

大跨度双曲屋盖结构表面风驱雨压力分布研究

强风来临时常常伴有强降雨,雨滴在风荷载的作用下会对结构产生较大的撞击力,并产生了风驱雨作用,加剧了结构所受荷载。但荷载规范中对大跨度屋盖结构的抗风雨设计值尚未给出明确规定。本文采用数值模拟的欧拉-欧拉方法,研究了正方形、矩形、圆形、椭圆形等四种常见大跨度双曲屋盖表面在风驱雨作用下的平均压力分布,并与已有风荷载作用的风洞实验结果进行了对比。研究发现:风雨作用下最不利双曲屋盖投影形状为正方形,其次为矩形;在风雨联合作用下双曲屋盖表面平均压力受到雨压力、风吸力、风压力共同作用,且都是屋盖前端处平均压力系数较大,变化梯度较大。研究得到了不同双曲屋盖风驱雨作用下的平均压力系数及其变化规律,为类似结构的抗风雨设计提供了参考。     

空间异型双曲面钢屋盖缺陷稳定性分析及试验研究

南通体育会展中心钢屋盖为空间异型双曲面,结构高跨比和矢跨比均较小,稳定性分析是其设计中的一个关键问题。本文在体育馆缩尺模型试验基础上,对其钢屋盖结构进行了几何非线性和双非线性稳定分析,分别采用实测缺陷法、一致缺陷模态法、改进随机缺陷法考虑结点位置偏差缺陷的影响。结果表明：实测缺陷法双非线性分析结果是评估体育馆屋盖结构实际安全性的重要依据;一致模态法的临界荷载概率可靠度较低。通过改进随机缺陷法,对该屋盖结构的稳定性能有了比较全面的认识,并定量分析了设计临界荷载和一致模态法分析的临界荷载的可靠性。     

平屋面结构风致响应的多参数对比试验

对大跨度平屋面气弹模型的风致响应特性进行了多参数对比的风洞试验研究。采用预张力索网结构体系设计制作了可调刚度的大跨度平屋盖结构的气弹模型,在大气边界层风洞中对来流风速、屋盖刚度和墙面开孔等参数的影响进行屋盖风致响应对比试验。试验研究结果表明,屋盖风致加速度响应随着来流风速或墙面开孔面积的增大而增大,随着屋盖刚度或墙面孔隙率的增大而减小,屋盖与内压的耦合效应对屋盖响应的影响较大。     

带TLD结构基于Davenport谱随机风振响应分析和风荷载取值的复模态法

对带TLD控制系统的高层建筑随机风振响应和等效静态设计风载取值问题进行了系统研究。针对主体结构用第一振型展开所得方程为非经典阻尼和非对称结构运动方程,用复模态理论解耦,并利用随机振动理论获得结构风振响应解析式,建立了将结构分解为一系列等效单自由度体系的一般方法,继而利用等效单自由度体系随机风振响应的解析解,获得了带TLD结构基于现行规范Davenport谱随机风振响应和等效静态设计风载的解析解,并给出算例,从而建立了非经典阻尼非对称被动控制结构基于Davenport谱随机风振响应和风载取值的一般解析方法。由于获得解析解,故本文方法可用于带TMD、TLD等结构基于动力可靠度约束的抗风优化设计。此外,由于建立了将结构分解为一系列等效单自由度体系的一般方法,利用等效单自由度体系与抗震反应谱的关系,本文方法还可用于非经典阻尼非对称被动控制结构基于抗震反应谱的地震作用取值。     

线性随机桁架结构的平稳随机响应分析

研究了随机桁架结构的平稳随机响应问题。同时考虑结构的物理参数、几何尺寸的随机性，从结构平稳随机响应在频域上的表达式出发，利用求解随机变量函数矩的方法，导出了随机桁架结构在平稳随机激励下位移响应均方值的均值、均方差和变异系数的计算表达式。通过算例考察了随机荷载激励下结构物理参数、几何尺寸的随机性对结构随机响应的影响。     

圆锥壳结构自振特性的多项式解

本文研究了圆锥壳结构自振特性的多项式解。文中利用Hamilton原理,采用Love薄壳简化假设,设位移为不受边界条件限制的多项式解,通过求解能量法的特征方程得到结构的自然频率。文中给出了数值算例。与有限元模拟得到的结果比较,吻合得非常好。     

考虑风-结构-土耦合作用时高层建筑顺风向风振响应分析

本文综合考虑了风-结构-土的耦合作用对高层建筑顺风向风振响应的影响，研究了在各种参数下高层建筑风振响应的特性。由于在风-结构-土耦合作用问题的整个体系的控制方程中，既有时域中的耦合关系，又有频域中的耦合关系，本文提出采用傅立叶变换-时频迭代法来进行求解，较好地解决了用普通的方法难以解决的问题。最后采用数值计算的方法比较了考虑风-结构-土的耦合作用和仅考虑土-结构相互作用以及刚性基础的结构位移响应及加速度响应。     

大挠度橡胶圆板的数值解及对其Hencky解的修正

将橡胶圆板视为薄膜，根据薄膜的无矩特性，巧妙采用数学方法求得橡胶圆板的膨胀状态几何特性描述，进而通过应力应变求得挠度与载荷的关系。同时，基于Hencky方法求得了挠度与载荷关系的Hencky解。对两种方法所得到的结果进行比较分析，并对Hencky解所产生的偏差进行校正的方法作了探讨。     

受横向轨迹动载作用下固支圆板动力响应的解析解

给出了横向轨迹动载作用下周边固支的各向同性圆薄板动力响应的解析解.基于圆板的特征模态,采用一类贝赛尔函数组合的正交函数,推导获得了无量纲形式的结构位移响应的级数解.结构响应计算归结为确定与频率相关的特征系数.同时,给出了算例分析,具体针对板面上载荷沿着某一直线运动的情况,对解的收敛性进行了检验,并阐述了圆板位移响应规律.     

求解转子系统突加不平衡响应方法的研究

本文提出并研究了用传递函数分析法求转子系统的突加不平衡响应,讨论了求这一响应的最佳数值积分方法。用本文提出的理论解方法及三种常用的数值积分法:尤拉后差法,纽马克法,及呼伯特法,对一模型转子算例进行了分析计算,结果表明;尤拉后差法最适用于求转子系统的突加不平衡响应。本文提出的传递函数分析法,可以和试验模态分析方法相结合,以求解复杂转子系统的突加不平衡响应。