大跨度空间钢管桁架结构的风振响应和风振控制研究

为了获得大跨度空间钢管桁架结构在风荷载作用下的实时受力、变形情况和风振系数,本文采用自回归法编制计算程序,数值模拟具有空间相关性的大跨度空间钢管桁架结构的多点风速时程,根据由风速时程转化的作用于结构的风荷载时程对两个大跨度空间钢管桁架结构进行风振响应分析和风振系数的计算.结果表明,编制的计算程序可较好地模拟大跨度空间钢管桁架结构的空间点风速时程,计算所得风速时程的功率谱与目标功率谱吻合较好;采用粘滞阻尼器后结构节点位移及杆件应力振动幅值均有所降低,可有效地减小结构的风振响应;根据风振响应的计算结果给出了可供设计参考的结构风振系数.     

风雪荷载作用下柱面网壳结构的动力倒塌分析

动力倒塌分析是空间结构研究的重要课题之一。动力失效破坏临界风速是网壳结构抗风雪设计的重要依据。本研究基于非线性有限元理论和弹塑性动力响应时程分析理论,模拟了具有时空相关性的随机风速时程曲线,考虑了均布雪荷载在网壳表面的不同分布,建立了三向网格单层柱面网壳结构有限元模型。对比分析了在不同均布风雪荷载组合作用下网壳结构整体稳定性的影响,结果显示,单层柱面网壳在迎风面有雪荷载作用时的失效破坏临界风速最小,而在背风面有雪荷载作用时的失效破坏临界风速最大。     

施威德勒型球面网壳结构风振响应分析

利用线性自回归过滤器的模拟技术对考虑时间和空间相关性的风场进行模拟,对施威德勒型网壳结构(考虑3种矢跨比1/8、1/5、1/4)进行了水平风作用下的风致振动响应分析。对风振响应的变化规律及其受矢跨比的影响进行了总结。计算了结构的位移和内力风振系数,初步得出施威德勒型球面网壳结构的位移和内力风振系数可统一取为3.0。     

单层柱面正交异型网壳的非线性动力稳定全过程分析

单层网壳的稳定性能是该种结构设计的主要控制因素,动力稳定是单层网壳稳定性能的主要组成部分。该文利用非线性有限元理论,对单层柱面正交网壳在地震荷载作用下的动力稳定全过程进行了分析。在数值分析过程中,利用比例法调整地震作用的峰值加速度,采用B-R准则判定结构的动力稳定临界荷载。通过分析对单层柱面正交网壳的动力屈曲前后过程有了一个较为全面的了解。     

不同积雪模式下球面网壳风致动力稳定分析

大跨度空间结构对风雪荷载十分敏感,风雪荷载作用下动力失稳临界风速的确定是网壳结构抗风雪设计的关键。为了研究风雪荷载共同作用下球面网壳的动力响应特性,通过建立K8-8型单层球面网壳有限元模型,利用MATLAB程序获取随机风速时程曲线,分析了不同支座形式和雪荷载不同分布情况对球面网壳整体稳定性的影响。结果表明:加强支座约束有利于提高球面网壳整体抗风性能,迎风面最外两环布置均布雪荷载较全跨均布雪荷载和半跨均布雪荷载所确定的动力失稳的临界风速更低,为最不利雪荷载布置。     

刚度对单层叉筒网壳结构的几何非线性稳定的影响

本研究利用非线性有限元方法,对4点支承的单层柱面叉筒网壳进行几何非线性稳定全过程分析。通过配置不同截面杆件以改变结构的刚度,对比分析了结构刚度不同时的静力稳定临界荷载和失稳区域。分析得出结构的主肋刚度越大静力稳定性不一定越好,单层叉筒网壳结构的主肋杆件与其它杆件应合理匹配。     

单层叉筒网壳结构的几何非线性稳定矢跨比优化

本研究利用非线性有限元方法,对4点支承的柱面单层叉筒网壳的几何非线性稳定全过程进行分析。通过对不同矢跨比网壳的失稳前后全过程曲线的对比分析,研究了矢跨比对该种网壳结构稳定性的影响,并得出了较优矢跨比。     

考虑杆件屈曲的单层球面网壳结构矢跨比优化

矢跨比对单层球面网壳结构的刚度、整体稳定性及失稳区域有很大影响。本研究利用非线性有限单元法,对4种不同矢跨比的单层球面网壳结构进行非线性稳定全过程分析。通过对考虑不同位置处的杆件屈曲与无杆件屈曲情况下的极限荷载、失稳区域的对比,研究了矢跨比对考虑杆件屈曲的单层球面网壳结构整体稳定性的影响,可为单层球面网壳结构合理选择矢跨比提供理论依据。     

带边桁架单层柱面正交异型网壳的静力特性分析

单层柱面正交异型网壳是一种新型的网壳形式，利用空间杆系有限元法，针对采用边桁架支撑的单层柱面正交异型网壳，进行内力计算，分析其在不同边界约束条件下的静力特性，并与采用拱形圈梁支撑下的网壳进行比较，为结构造型及工程设计提供依据。     

撞击荷载下支承结构与上部网壳整体动力响应

研究撞击荷载作用下部支承结构对上部网壳结构工作性能的影响是网壳结构抗撞防灾分析的重要问题。利用非线性有限单元法和动力时程分析理论,建立重型车辆侧向撞击作用下钢柱支承结构与单层球面网壳整体动力响应分析数值模型。考察了下部支承钢柱和上部网壳结构在撞击荷载作用下的整体动力响应过程及特点,分析了支承钢柱抗侧刚度、撞击荷载峰值和撞击点数等因素对整体结构在撞击荷载作用下的协同受力和空间工作性能的影响。研究结果表明:除与被撞击钢柱及其相临网壳杆件发生塑性变形外,结构整体基本处于弹性状态,未发生动力失稳现象,其强度和稳定性要求在整体上仍均能满足要求,说明在重型车辆撞击作用下支承结构与上部网壳结构具有良好的抗撞击性能和整体工作性能。     

强风作用下大型双曲冷却塔风致振动参数分析

基于作者已提出的大型冷却塔风振计算方法(一致耦合法)，结合风洞测压试验获得的表面气动力模式，分析了结构本身因素和外界干扰对强风作用下冷却塔结构风致振动的影响，对不同动力特性及阻尼比的冷却塔模型进行了风振响应背景、共振、耦合项及风振系数的精细化数值计算，对比并初步探索了周边干扰下大型冷却塔的风振机理.发现了特征尺寸、阻尼比和周边干扰对冷却塔风振响应的影响规律，为进一步理解冷却塔结构风致振动现象，避免不利共振的产生及采取相应的控制措施提供了有益的结果.     

防护林防风效应风洞模拟试验研究进展

林木几何形态特征复杂，且较为轻柔，在风荷载作用下会发生变形和振动，空气动力学效应复杂。针对如何通过风洞试验尽可能真实地模拟防护林在实际风场中的防风效应问题，通过梳理已有国内外相关文献，从模型设计、来流模拟和测试技术3个方面对灌木和乔木防护林防风效应风洞模拟试验的研究进展进行综述。结果表明:防护林风洞试验模型几何缩尺比的确定要综合考虑林木和风洞截面的尺寸，阻塞比一般应控制在5%以下；考虑到林木在风荷载作用下产生的变形和振动会进一步影响周围流场，模型设计时除了要考虑几何相似，还要加强对动力相似的考虑；在防护林风洞试验来流模拟及周围风速测定中，在平均风速的基础上，应加强对脉动风速统计特性的考虑；当采用天平测定林木气动力系数时，应结合林木风洞模型自身频率确定采样频率，避免2个频率过于接近造成结果失真。     

塑料大棚结构风振响应规律研究

为研究塑料大棚结构的风振响应规律,提出了塑料大棚结构风振响应分析的被研究块体方法,推导了塑料大棚骨架结构单元段的段间内力计算公式,设计了被研究块体构成方式,构建骨架结构中被研究块体的力学模型,给出了被研究块体方法实现过程;采用等截面圆柱杆的波动传播算例,验证了方法的有效性。在同时考虑平均风和脉动风作用、仅考虑脉动风作用、仅考虑平均风作用的3种工况下,针对不同跨度塑料大棚骨架结构的风振响应进行时程分析,得到骨架结构的节点位移和截面应力空间最大值的出现位置。结果表明:节点位移和截面应力均为脉动风荷载作用的计算结果明显大于平均风荷载作用的计算结果。因此,塑料大棚结构的风振响应分析需要考虑脉动风荷载的作用。     

温室风振分析中的压杆弯曲振动动态刚度阵模型

针对温室风振分析中的压杆弯曲振动问题,根据考虑二阶效应和惯性力影响的压杆基本方程建立压杆横向弯曲振动微分方程,得到采用基函数和位移系数表达的压杆横向弯曲振动位移的向量表达式,结合位移边界条件求得以节点位移向量表达的位移系数,给出压杆截面内力方程,进而得到以节点位移向量表达的杆端内力,最终给出综合质量矩阵、几何矩阵和刚度矩阵的精确动态刚度矩阵。研究结果表明:一般的插值形函数单元模型需加密单元才能提高计算精度,但仍存在误差,而本研究模型得到的压杆横向弯曲自振圆频率与解析法计算获得的理论解完全相同,为精确解。     

冷弯薄壁型钢-稻草板组合楼盖抗振性能

为研究冷弯薄壁型钢-稻草板组合楼盖抗振性能,对2块单跨组合楼盖进行静载和动载试验,结果表明:在相同用钢量下,减少楼盖梁的数量、增加楼盖梁截面尺寸能有效提高组合楼盖的抗振性能;组合楼盖在1 kN静载作用下的跨中挠度均小于1.0 mm,动力荷载作用下自振频率均大于15 Hz,满足楼盖舒适度的要求。采用有限元软件ANSYS对试验模型进行数值分析,有限元计算结果与试验结果吻合较好。在此基础上,对楼盖跨度、楼盖梁间距和型钢厚度等因素进行参数分析,结果表明:增加组合楼盖边界条件、减小楼盖跨度等能有效地提高组合楼盖抗振性能。提出了该组合楼盖自振频率的简化计算公式,为其在工程中推广和应用提供依据。     

大跨屋盖结构风效应的风洞试验与原型实测研究

以广州国际会展中心为工程案例,进行了刚性模型风洞试验和有限元模态分析,在此基础上计算了屋盖的风致位移响应,结果表明,对于屋盖风振响应影响最大的因素是结构的基阶振型,其次才是风荷载;随着阻尼比的增加,位移响应谱的共振峰得到了有效平抑,峰值位移响应也随之减小.基于现场实测,提出功率谱点积识别大跨屋盖结构竖向整体振动固有频率的方法,并与有限元计算结果进行了对比分析,实测得到的前4阶固有频率与振型均能与有限元模型较好吻合,其中基阶固有频率的相对误差仅为0.3%,证明了该方法的有效性.     

海底管跨涡激振动疲劳可靠性研究

管跨的涡激振动是引发管跨发生疲劳失效的主要因素之一,也是管跨可靠性设计、可靠性评估工作所要解决的主要问题.针对由涡激振动引发的海底管跨的疲劳失效,利于随机过程理论和可靠性分析理论,建立了更为符合海底管道实际工况的可靠性分析方法.     

温室自然通风量计算中风压系数的研究

针对温室通风量计算中风压系数选用与风载体型系数相同取值而导致通风量计算结果不准确的问题,采用模拟方法研究风压系数的取值。从物理意义角度阐述了风压系数与风载体型系数的不同;通过理论分析得到了与计算风载体型系数不同的风压系数计算方法;对双坡屋面单栋温室采用Fluent数值模拟方法,得到了温室窗口开启及关闭2种情况下对应的风压系数和风载体型系数。模拟结果表明:温室通风窗口关闭时风载体型系数与窗口开启状态下风压系数取值有较大差异;与风载体型系数相比,风压系数的绝对值迎风面较小,背风面较大,相同部位风压系数和风载体型系数绝对值最大偏差是风载体型系数的60%。在温室通风量计算中风压系数不宜选取与温室风荷载计算中的风载体型系数相同的值。