世博轴阳光谷结构风致响应分析及频域时域方法计算结果比较

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工程结构动力响应频域特征分析

工程结构动力响应频域特征分析工程结构动力响应频域特征分析是一种用于研究结构响应特性的分析方法。

它能够帮助工程师了解结构在不同频率下的振动特性，为结构的设计、改进和优化提供参考依据。

本文将对该分析方法进行介绍，并探讨其在工程实践中的应用。

频域分析是一种将时域信号转换为频域信号的方法。

在工程结构动力学中，结构的响应可以通过将结构的动态方程和外部激励函数进行频域转换得到。

通过频域分析，我们可以得到结构在不同频率下的振动模态、频率响应函数以及阻尼特性等重要信息。

首先，频域分析可以帮助工程师确定结构的振动模态。

振动模态指的是结构在自由振动状态下的形状和频率。

通过对结构进行模态分析，我们可以得到结构的固有振动模态形态，并计算出相应的固有频率。

这对于工程结构的设计和优化至关重要。

例如，在建筑领域中，通过对建筑结构进行模态分析，可以确定合适的阻尼装置的位置和刚度，以减小结构的振动幅值。

其次，频域分析可以帮助工程师确定结构的频率响应函数。

频率响应函数表示了结构在不同频率下的振动响应。

通过分析频率响应函数，我们可以了解结构在不同频率下的振动特性，并判断结构是否存在共振问题。

共振是指结构在某个特定频率下的振动幅值增大。

共振可能导致结构的破坏，因此需要加以避免。

通过频域分析，我们可以确定共振频率，并采取相应的措施来防止结构共振。

最后，频域分析还可以帮助工程师了解结构的阻尼特性。

阻尼是指结构在振动过程中能量的损耗。

阻尼的大小会影响结构的振动幅值和振动周期。

通过频域分析，我们可以计算出结构的阻尼比，并进行相应的优化。

例如，在桥梁设计中，通过对桥梁的阻尼特性进行分析，可以确定合适的阻尼装置的位置和刚度，以减小桥梁的振动幅值并提高结构的安全性。

在工程实践中，频域分析在各个领域都有广泛的应用。

在建筑领域，通过对建筑结构的频域特性进行分析，可以确定合适的结构参数，提高结构的稳定性和安全性。

在桥梁工程中，通过对桥梁的频域特性进行研究，可以减小桥梁的振动幅值，延长结构的使用寿命。

世博轴阳光谷单层网壳栓接节点刚度简化计算

世博轴阳光谷单层网壳栓接节点刚度简化计算
张皓涵;张其林
【期刊名称】《施工技术》
【年(卷),期】2009(038)008
【摘要】上海世博会世博轴阳光谷采用自由形态设计理念,是一种采用栓接节点的网壳结构.以上海世博会世博轴阳光谷钢结构工程为背景,针对自由形态单层壳体中的栓接节点,提出了弯矩.转角(M-θ)曲线形式和刚度简化计算公式.将简化计算结果与有限元精细模型对比,证明刚度简化公式能够较好地表述栓接节点的荷载-位移关系,特别是能准确地确定节点的初始刚度.该方法简单、可靠,很好地满足了结构设计计算的要求.
【总页数】3页(P28-30)
【作者】张皓涵;张其林
【作者单位】同济大学土木工程学院,上海,200092;同济大学土木工程学院,上海,200092
【正文语种】中文
【中图分类】TU311.4
【相关文献】
1.上海世博会世博轴阳光谷钢结构施工关键技术 [J], 顾拥军;董庄勇
2.世博轴阳光谷单层异形钢结构网壳节点制作工艺研究 [J], 盛林峰
3.世博轴阳光谷单层网壳钢节点承载性能研究 [J], 王洪军;张安安;张皓涵;汤海林;
张其林
4.基于机器人技术的世博轴阳光谷钢结构节点制造技术 [J], 陈晓明;吴欣之;俞晓萌
5.栓接H型钢梁柱十字半刚性节点初始转动刚度计算 [J], 李龙; 糜启龙; 王胜虎因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于EMD和小波变换的结构风振高阶参振模态识别

基于EMD和小波变换的结构风振高阶参振模态识别柯世堂;赵林;邵亚会;葛耀君【摘要】为了确定结构随机理论求解中的高阶参振模态数目,采用经验模式分解(EMD)与小波变换相结合的方法分析结构气弹模型自激响应数据信号的时-频-谱联合特性,从原始信号中分解出固有模态函数(IMF),再对各个IMF进行小波变换提取信号特征参数,从而识别出结构风振随机计算所需的高阶参振模态截止频率,并将识别结果与直接采用随机理论对不同参振模态的计算结果进行对比验证.结果表明:该方法能够准确地识别出结构风振高阶参振模态,并能在任意敏感的频段捕捉到信号变化的局部特征,能更清晰地刻画信号能量随时间、频率的分布.通过数值模拟和对结构响应的随机理论计算论证了该方法的有效性和实用性.【期刊名称】《哈尔滨工业大学学报》【年(卷),期】2011(043)004【总页数】6页(P75-80)【关键词】经验模式分解;固有模式函数;小波变换;谱分析;参振模态;风洞试验;随机理论【作者】柯世堂;赵林;邵亚会;葛耀君【作者单位】同济大学土木工程防灾国家重点实验室,200092上海;同济大学土木工程防灾国家重点实验室,200092上海;同济大学土木工程防灾国家重点实验室,200092上海;同济大学土木工程防灾国家重点实验室,200092上海【正文语种】中文【中图分类】TU311.3;TU18;TN713在进行大跨度、低矮和冷却塔这类高阶参振模态明显的结构风振响应频域求解时，首先需要确定一些重要的计算参数值，像结构阻尼比、力谱交叉项和参振模态数目等，这些参数与结构振动形式、幅度、激励类型等多种因素有关，不像质量、刚度等参数那样与结构物理特性有明确的联系［1-2］.因此，需要通过试验测试、数据获取、分析和识别方法进行参数估计.像结构动力测试信号识别阻尼的方法常有谱分析和时间序列分析两种方法，很多研究者将小波分析方法运用到阻尼参数识别中进行研究，并取得了较好的效果［3-4］.力谱交叉项可以通过风洞测压试验获得的表面风压谱分析进行识别［1］.由于传统的谱分析方法对于信号在高频分量特性识别精度不够高，而小波分析的识别结果受到所选小波基的限制，其得到的小波分量和小波谱对所选择的小波基依赖程度较高，因此至今对于参振模态识别的研究成果相对较少，大多根据不同的结构形式进行经验取值.本文首先分析了EMD和小波分析方法的原理和优缺点，随后基于EMD和小波变换相结合的高阶参振模态识别方法得到了确定结构风振响应频域分析时的参振模态数目.具体的识别步骤为: 1)利用EMD方法将结构气弹模型响应信号分解为一系列具有不同特征尺度和局部频率特征的信号即IMF分量;2)通过小波变换分析结构任意频段IMF分量中的信号局部特征参数;3)通过获得的高频段分量局部时频特性进行高阶参振模态识别.并将识别的结果与直接采用随机理论对不同参振模态数目进行分析的结果进行对比验证.1 小波方法小波方法是一种信号的时频分析方法，具有多分辨率的特点，而且在时域和频域具有良好的表征信号局部特性的能力［5-6］.因而，无论是在平稳信号还是非平稳信号的处理中，均得到了广泛的应用.小波是满足条件∫RΨ(t)=0的函数.Ψ(t)通过平移和伸缩而产生一个函数族其中:a、b分别为尺度参数和位置参数，变动a可使函数的波形沿时间轴伸展或压缩，从而改变分析的频段，变动b则使函数的波形沿时间轴移位; Ψ(t)为小波母函数(基函数).对任意信号f(t)，其小波变换可表示为f(t)与小波函数的内积，即其中(t)为Ψa，b(t)的共轭.式(2)的逆变换为在应用中常采用Mallat快速算法实现小波变换，即将a尺度空间的剩余系数dj，k经过滤波器系数h0(n)，h1(n)加权求和就可以得到j+1尺度空间的剩余系数dj+1，k和小波系数Cj+1，k，即小波变换对信号分解的这种完整性使得信号经过小波变换之后，信息量完整，这对于分析信号的能量分布特征提供了条件.2 EMD方法EMD方法是由Huang于1998年提出的一种信号的时域分解方法［7-8］.该方法认为任何信号都由一些不同的固有振动模式构成，这些振动模式既可以是线性的，也可以是非线性的，并据此将信号分解为若干固有模式函数(Intrinsic mode function，IMF)的和.每个IMF根据信号自身相邻极值点间的延时来定义和区分，并通过一称为筛选的步骤来完成分解，分解是EMD方法的核心，其详细过程见文献［7］.EMD方法是局部自适应的，适用于任何平稳和非平稳时间序列的分析，信号f(t)可分解为可以将上述分解看作是按照不同的时间尺度对x(t)所进行的时域滤波.其中Cj表示第j个IMF分量，rn为提取了n个IMF分量后的余量，第1个IMF分量C1包含信号的最细尺度或最短周期的成分，余量rn中包含频率最低的成分(如信号中的直流分量或变化趋势).但是Hilbert-Huang变换中仍然存在着一个不容忽视的问题，即端点效应问题［7］.文中采用Huang［8］提出的利用原始数据序列端点处极值点的形状特征和原极值点序列的平均值对端点外的极值点进行延拓，这种方法参照了原始数据序列两端极点的变化趋势，又考虑了信号内部极值点大小对延拓的影响，充分利用了已知极值点信息，能较好地消除信号分解中的端点效应.从信号分解基函数理论角度来说，不同的基函数可以对信号实现不同的分解，从而得到性质迥然的结果.如果用单位脉冲函数作为基函数对信号分解，得到的仍然是信号本身，此时的分解结果只有时域的描述，缺乏频域的任何信息.如果采用在时域中持续等幅振荡的不同频率正、余弦函数作为基函数对信号分解，就是傅里叶分解，可以得到频域的详细描述，但将失去时域的所有信息.小波变换的出现使得同时在时-频两个方面描述信号成为可能，它在低频部分具有较高的频率分辨率和较低的时间分辨率，在高频部分具有较高的时间分辨率和较低的频率分辨率，很适合探测正常信号中夹带的瞬态反常现象，所以被誉为分析信号的显微镜和望远镜.但是，小波函数具有多样性，选用不同的小波基分析同一个问题会产生不同的结果，为了使小波分析的结果受所选小波的影响达到最小，本文就尝试将小波变换和EMD方法结合分析信号的局部频段特性，利用EMD方法对自适应的广义基对原始信号进行IMF分解，再结合小波变换的特性对每个IMF进行分析.3 数值模拟为了对比结合EMD的小波分析与直接采用小波分析进行信号处理的优越性.数值模拟试验对如下的调制信号进行EMD分解后对IMF进行小波变换，并与直接对原始信号的小波变换结果进行对比探讨.试验模拟方程式为其中t是指采样点数，采样频率为200 Hz，采样时间为5 s，总的样本数为1 000. 图1给出了信号f(t)的时域波形及其4个IMF分量图，图2是直接对原信号进行的3层Daubechise小波分解，图3分别是对IMF1的3层db小波分解(其中ca 为低频小波系数，cd为高频小波系数)，图4给出了原始信号和4个IMF信号的频谱特征图，图1～4和图6～9中各图纵坐标均为相对能量，横坐标为采样点数. 图1 原信号f(t)及其前4个IMF分量图2 原信号f(t)及其3层db小波分解图3 IMFI及其3层db小波分解图4 原信号及前4个IMF对应的频谱特性由于模拟数据的构造简单易懂，将其进行EMD分解和小波变换更易说明问题.图2是直接对原始信号进行3层Daubechise小波分解，与经EMD方法分解的4个IMF分量信号进行的小波分解相比，直接采用小波分解得到的信号能量频率分布范围较广，而EMD分解得到的IMF分量是直接从原始信号中自适应分离出来，可以预先设定小波变换的频段，这样可以更精确地捕捉到信号的局部特征.图4表示原始信号和前4个IMF分量对应的频谱特性，由式(7)可知原始信号包含了4个固有频率，通过对EMD分解后的IMF分量进行频谱分析，可以明显地发现原始信号完全分解成了与前四阶模态一一对应的3个分量，并且在对各个IMF 分量进行频谱分析时，能更精确发现其响应频段里的局部频域特性，这也是传统傅里叶变换和小波变换所不具备的优点.4 高阶参振模态识别以风振时高阶模态耦合性较强的某高耸、大跨度结构为例［9-10］，在同济大学TJ-3风洞进行了该结构的气弹模型风洞试验，该模型设计基频为7.8 Hz，原始数据为该结构在8 m/s试验风速作用下的顶部位移时程，采样频率为200 Hz，采样时间为60 s，进行零均值处理后画出其时域波形.再用传统的频谱分析法和小波变换法分析其频谱特征，如图5所示.由传统傅里叶变换分析可知结构风振响应由背景和共振分量2部分组成，在低频段部分效果较好，但由于该方法对于高频段的信号特性识别能力较弱，故很难从中提取高频段参振模态特性;而直接由小波变换得到的信号频谱特性在高频段具有较好的识别能力，但其得到的谱的能量在频率范围内分布较广，想要在关心的频段进行信号的局部特征分析比较困难.所以可以采用本文提出的结合EMD和小波变换方法进行分析.图5 原始信号的频谱特性图6是采用EMD方法分解得到的前4个IMF分量，都包含了丰富的原信号特征，但是还不能清晰的看到每个频段特别是高频区局部频谱特性.图7给出了原始信号f(t)及其3层db小波分解，图8给出了IMF1信号的3层小波分解，从中可以发现在高频段信号能量分布较集中，但数值较大，在结构风振计算中不能忽略，并且从图8中还可以明显的看出信号中的冲击性奇异点，而且可以进一步确定发生时间，由此可以判断结构在吹风过程中存在有间歇振动冲击.再对前4个IMF分量进行频谱分析，如图9所示，从IMF1的频谱特征图中可以发现高频段信号中60 Hz 频率处其能量达到最大值，对应模型的模态数目为60阶，再从IMF2的频谱特征图中发现信号能量在48 Hz以后显著减小，考虑到IMF2中信号能量数值较IMF1中的大，故确定48 Hz为高频参振模态截止频率，对应实际模型的阶数为第32阶. 图6 原始信号f(t)及其前4个IMF分量图7 原始信号f(t)及其3层db小波分解图8 IMF1及其3层db小波分解图9 原信号及前4个IMF对应的频谱特性5 对比验证为了验证本文提出的方法识别出来的参振模态数目的准确性，基于该结构刚体模型表面同步测压风洞试验结果［10-11］，以非定常气动力作为输入荷载，考虑冷却塔多模态之间的耦合效应，利用虚拟激励法和振型迭加法进行结构随机风振响应分析.下面给出随机理论的主要计算步骤和虚拟激励法的原理，然后讨论不同的参振模态数目对于结构风振响应的影响.结构的运动方程为其中:［M］、［C］、［K］分别为n阶质量、阻尼、刚度矩阵;{y}、{˙y}、{¨y}分别为结构的位移、速度、加速度向量;［R］为一由0和1组成的n×m矩阵，它将m维激励向量{x(t)}扩展为n维向量.式(8)在频域内的矩阵形式解为式(9)即为传统CQC算法的解.如果用虚拟激励法处理，是将［Sxx(ω)］先分解为r(r≤m)个虚拟简谐激励{xi}eiωt的叠加:{xp}通过对［Sxx］阵进行LTLD分解得到与{xp}相应的结构响应为而总位移向量的功率谱矩阵则为式(12)表示为矩阵形式解则为比较式(9)和(13)可知，虚拟激励法与CQC法的解完全一致，都是理论解，但虚拟激励法的计算量却大为减少［12-13］，所以本文引入虚拟激励法进行结构的随机响应计算.为了研究结构的截止模态参数对冷却塔结构风振响应的影响，利用频域计算方法对该结构的风振响应进行分析.流场为A类紊流场，由于该结构为完全轴对称结构，本文只选取风向角为0°，风速为113.8 m/s(相当于风洞中8 m/s)时的工况进行分析，所有的计算参数都与上节提到的试验条件一致.分别计算参振模态数目为10、30、50情况下结构的响应.图10列举了该结构顶部节点的位移标准差.可以看出，当参振模态数目为10时，位移标准差较小，高阶模态对位移的贡献还比较大，当参振模态数目为30时，位移标准差趋于稳定，当参振模态为50时，高阶模态对位移的贡献已经非常小，这说明如果频域计算参振模态没有达到一定的数目，将会得到偏于不安全的结果.当参振模态数目达到30时，结构的位移响应就趋于稳定.从图中还可以反映出当参振模态达到一定阶数后，参振模态阶数即使再增加，计算结果也差别非常小.对比前文的识别结果可知，32阶为结构风振计算的截止频率. 图10 参振模态数目对位移标准差的影响基于随机理论的计算结果与采用本文方法进行风振高阶参振模态识别得到的结果基本一致，也进一步说明本文提出的方法具有较好的准确性和稳定性.6 结语1)探讨利用EMD与小波变换相结合的方法作为识别结构风振高阶参振模态的潜在能力.在信号比较复杂的情况下，经过EMD方法分解得到的IMF分量可以更好地反映信号在高频段的时域特性，结合小波变换具有的高分辨率特性对每个IMF信号进行时-频特性分析，不仅可以准确的获取结构高阶参振模态数目，还可以对响应信号的奇异性和冲击性进行检测.2)通过采用基于虚拟激励法的随机理论，对考虑不同的参振模态数目的结构风振响应进行分析，结果进一步验证了所提出的高阶模态识别方法具有较好的稳定性和实用性.3)采用EMD和小波变换相结合的方法在结构风振参数识别研究中的应用具有一定的前景，本文的研究只是一个开端，还有很多具体的细节内容有待展开，比如EMD分解出来的IMF分量频率从高到低排列，精度也随之下降，在地震领域关心的是高频成分，而对于风工程的研究来说主要关心的是中、低频成分，而这一矛盾很多学者都没有很好的解决，故还需进行更深入的研究和改进.参考文献:［1］周暄毅，顾明.上海铁路南站屋盖结构风致抖振响应参数分析［J］.同济大学学报，2006，34(5):574-579.［2］KAREEM A，GURLEY K.Damping in structures:its evaluation and treatment of uncertainty［J］.J of Wind Eng and Industrial Aerodynamics，1996，59，131-157.［3］SONG Yu，XIANG Yiqiang，XU Xing.Mode sharpbased damage identification of bridges［J］.Journal of Vibration，Measurement＆Diagnosis，2005，25(3):111 -113.［4］LI Hui，ZHENG Haiqi，TANG Liwei.Research on faults diagnosis of gear wear based on Hilbert-Huang Transform［J］.Journal of Vibration，Measurement＆Diagnosis，2005，25(3):119-122.［5］DONOHO D L，JOHNSTONE I M.Ideal spatial adaptation by wavelet shrinkage［J］.Biometrika，1994，81 (3):425-455.［6］CHUI C K.An introduction to wavelets［M］.New York: Academic Press，1992.［7］HUANG N E，SHEN Z，LONG S R.The empirical mode decompodition and the Hilbert spectrum for nonlinear and non-stationarytime series analysis［J］.Proc R Soc Lond A，1998，454:903-995.［8］HUANG N E，SHEN Z，LONG S R.A new view of nonlinear water waves:the hilbert spectrum［J］.Annu Fluid Mech，1999，31:417-457. ［9］柯世堂，赵林，葛耀君.超大型冷却塔结构风振与地震作用影响比较［J］.哈尔滨工业大学学报，2010，42 (10):1635-1641.［10］柯世堂，赵林，葛耀君.冷却塔表面脉动风压的非高斯特性及风压极值［C］//第十四届全国结构风工程学术会议论文集.上海:同济大学出版社，2009:354 -362.［11］许林汕，赵林，葛耀君.超大型冷却塔随机风振响应分析［J］.振动与冲击，2009，28(4):180-184.［12］林家浩.随机地震响应的确定性算法［M］.北京:中国建筑工业出版社，2000.［13］林家浩，钟万勰.关于虚拟激励法与结构随机响应的注记［J］.计算力学学报，1998，15:217-223.。

应用MatLab软件探讨结构动力响应时域和频域数值模拟教学

应用MatLab软件探讨结构动力响应时域和频域数值模拟教学王振科;陈力;王晓东;赵灿;侯钢领【摘要】以建筑结构地震动力响应的时域分析、频域分析及其相互关系为内容,应用软件MatLab及其内部函数,探讨该理论的数值仿真模拟教学.以某三层建筑结构的地震反应为教学对象,应用MatLab的内部函数,实现了时域分析的数值积分和卷积积分,频率分析的Fourier变换和传递函数分析.通过数值模拟表明了时域与频域的转化关系,并探讨了参数变化对结构地震响应的影响.本研究对应用MatLab及其他软件提高建筑结构教学质量具有一定的参考价值.【期刊名称】《高等建筑教育》【年(卷),期】2017(026)003【总页数】5页(P119-123)【关键词】结构地震响应;时域分析;频率分析;MatLab;数值仿真【作者】王振科;陈力;王晓东;赵灿;侯钢领【作者单位】兰州交通大学土木工程学院,甘肃兰州 730070;哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院,黑龙江哈尔滨 150001;哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院,黑龙江哈尔滨 150001;哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院,黑龙江哈尔滨 150001【正文语种】中文【中图分类】G642.0随着计算机技术的发展，数值模拟已经成为结构科学研究的基本方法，也是重要的教学内容。

结构动力分析是建筑抗震、抗风、抗爆以及振动控制等领域的理论基础，也是掌握结构动力性能和设计的关键内容[1]。

由于该部分内容涉及时间、结构动力特征、初始条件和外部激励等变量，并且变量之间相互影响，应用数值模拟提高该部分的教学质量具有显著的意义。

应用数值模拟提高教学质量是国内外大学教育的发展趋势，美国迈阿密大学S.S. Rao将MatLab与结构振动教学进行了完美的结合[2]，陈清军和李文婷应用ANSYS软件探讨结构动力学的多元化教学，并取得了良好的效果[3]。

祝课题组全体人员新年快乐, 2012 年身体健康、学业(事业)有成!

祝课题组全体人员新年快乐，2012 年身体健康、学业（事业）有成！课题组2011年盘点一、人才培养●周晅毅博士被聘任为同济大学副研究员。

●全涌副教授获批为同济大学博士生导师。

●博士后孙芳锦晋升为辽宁工程技术大学副教授。

●研究生匡军通过硕士学位论文答辩。

他的论文题目“上海环球金融中心大楼顶部风速及风致响应实测”，指导教师是顾明教授，副导师是全涌副教授。

●熊勇同学通过硕士学位论文答辩。

熊勇的论文题目是“矩形截面高层建筑体型系数研究”，指导教师是顾明教授和全涌副教授。

●姜海鹏、严志威、王莹三位研究生通过硕士学位论文答辩。

姜海鹏的指导教师是顾明教授和全涌副教授，论文题目是：开敞式多跨多坡工业厂房风洞试验研究；严志威的指导教师是全涌副教授，论文题目是：带外附网架高层建筑的风荷载特性及三个方向等效静力风荷载组合方法研究；王莹的指导教师是全涌副教授，论文题目是：低矮建筑围护结构风荷载的规范化研究。

●张庆华、李雪峰通过博士学位论文答辩。

他们的博士论文题目分别是"典型输电塔风荷载及效应研究"和"风致建筑物表面及其周边积雪分布研究"。

张庆华的指导老师是顾明教授，李雪峰的指导老师是顾明教授、副导师是周晅毅副研究员。

●郑德乾同学通过博士学位论文答辩。

郑德乾的论文题目是“基于LES的结构风荷载及气弹响应数值模拟研究”，指导教师是顾明教授、副导师是张爱社副教授。

●博士生樊友川通过博士学位论文答辩。

他的论文题目是"典型工业厂房风荷载及其风振研究"，指导教师是顾明教授，副导师是全涌副教授。

●赵雅丽通过博士学位论文答辩。

赵雅丽的博士论文题目是“中国东南沿海地区特色民居的风荷载特性研究”。

她的博士论文指导教授是顾明教授，副导师是全涌副教授。

●热烈欢迎12位研究生加入课题组。

新加入课题组的研究生是：黄剑（博士生），王新荣（直博生），葛福（硕士生），王帅（硕士生），饶清友（硕士生），张秉超（硕士生），邱立维（硕士生），李嘉良（硕士生），祖公博（硕士生），傅安民（硕士生），郑建建（硕士生），周文超（硕士生）。

机器人打造世博轴“阳光谷”

世博轴阳光谷是２ｌ年上海世博会最重要的形象标志，它由６／００－＇－上大下小的圆锥喇叭状的空间网壳结构组成，其截面为变睦率的双曲
面（部中１ｍ底５左右，顶部７ｍ０左右，高４．ｍ１５）。每个阳光谷包含１０－１０个多杆汇交瓣式节点，共计１６０节点几乎都不一样。６０８０００个可想而知若按普通的加工方法，工程难度极大。针对该工程，天津大学、江阴纳尔捷机器人有限公司、上海建工机械施工有限公司在国家８３目资助下开发了成套的数字化机器人加工设备，成功用于工程所６项有铸钢节点和注脚的制作，平均每５分钟即可完成一个节点消失铸模的切割，拼装后的节点模精度控制在 ±０５ｍ．ｍ以内，合格率达９％５以上。从而大大降低了制造成本，提高了效率，保证了安装精度。图２双机器人节点加工工作站在机器人的设计方面，由于工程特点，完成节点铸模单元加工需要机器人的末端执行器具各５自由度，因此，研究人员基于天津大学发明的混联５个坐标Ｔｉａｉｎ机构研制节点ｒＶｒａｔ加工机器人（图２如），并在虚拟仪器环境下开发了成套管理与控制软件。在加工过程中，采用双机器人构筑节点加工工作站，其中个机器人抓取标准泡沫模块移动至另一机器人工作位，由另一机器人完成切割，然后第一个机器人再将切割好的单元运送至数控拼装转台，并自动完成单元拼装。通过机器人操作界面可导入需要加工的在深化设计阶段存入数据库的节点ｘｓｌ格式数据，并自动计算得到两个机器人的末端执行器切割轨迹和拼装位姿，从而控制机器人实现节点铸模的无纸化切割一拼装加工。该种 “ 分模一制模一组模 ”的数字化制模工艺及机器人装备有效地弥补了多杆汇交瓣式节点制造成本高、生产效率低等缺点，在阳光谷工程的成功应用表明我国空间网壳结构设计和制造技术跨上个新的台阶，率先实现我国钢结构节点的数字化设计与制造，为我国建筑钢结构提供先进的范例。此外，这项技术的先进性比肩国际水准，可为我国空间网壳结构技术迈向世界创造有利条件。

结构动力学试题及答案

结构动力学试题及答案（本文按试题和答案格式进行编写）试题一：1. 请问什么是结构动力学？2. 简述结构动力学的研究对象和主要内容。

3. 结构动力学分析常用的方法有哪些？4. 结构动力学分析中常用的数学模型有哪些？5. 结构动力学的应用领域有哪些？答案一：1. 结构动力学是研究结构在外力作用下的动态响应及其稳定性的学科。

2. 结构动力学的研究对象是各种工程结构，主要内容包括结构的振动、冲击响应、瞬态响应和稳态响应等。

3. 结构动力学分析常用的方法有模态分析法、频率响应分析法、时程分析法等。

4. 结构动力学分析中常用的数学模型有单自由度体系、多自由度体系、连续体系等。

5. 结构动力学的应用领域广泛，包括建筑结构工程、桥梁工程、风力发电机组、地震工程等。

试题二：1. 结构动力学分析中，模态分析的基本原理是什么？2. 简述模态分析的步骤和计算方法。

3. 常用的模态分析软件有哪些？4. 请问什么是结构的固有频率和阻尼比？5. 结构的模态振型对结构动力响应有什么影响？答案二：1. 模态分析是基于结构的振动特性，通过求解结构的固有频率、模态振型和阻尼比等参数，来研究结构的动力响应。

2. 模态分析的步骤包括建立结构有限元模型、求解结构的固有频率和模态振型、计算结构的阻尼比等。

常用的计算方法有有限元法、拉普拉斯变换法等。

3. 常用的模态分析软件有ANSYS、ABAQUS、MSC.NASTRAN等。

4. 结构的固有频率是结构在无外力作用下自由振动的频率，阻尼比是结构振动过程中能量耗散的程度。

5. 结构的模态振型对结构动力响应有很大影响，不同的模态振型会导致不同的振动特性和反应。

试题三：1. 结构动力学分析中，频率响应分析的基本原理是什么？2. 简述频率响应分析的步骤和计算方法。

3. 频率响应分析和模态分析有什么区别？4. 结构的频率响应函数和传递函数有什么区别？5. 频率响应分析在结构设计中的应用有哪些？答案三：1. 频率响应分析是研究结构在单频激励下的响应特性，通过求解结构的频率响应函数，来获得结构的响应。

建筑结构风致响应的时频域计算方法比较

建筑结构风致响应的时频域计算方法比较
沈国辉;王宁博;任涛;施祖元;楼文娟
【期刊名称】《浙江大学学报（工学版）》
【年(卷),期】2013(047)009
【摘要】针对结构风致响应的时域法结果和频域法结果是否一致的问题,以高层建筑和冷却塔为例比较两种方法在相同的风荷载条件时的响应结果,分析时域法和频域法产生结果差异的原因并给出减少差异的措施,为两种方法在求解结构风致响应的合理应用提供参考.研究表明:频域分析中根据各阶模态的应变能确定该阶模态的贡献程度;计算模型是影响时频域结果吻和程度的一个重要因素,如果两种方法采用相同的计算模型,那么两种方法得到的计算结果会非常接近;计算中结构阻尼的处理方式也是导致时频域计算结果差异的一个原因.
【总页数】7页(P1573-1578,1630)
【作者】沈国辉;王宁博;任涛;施祖元;楼文娟
【作者单位】浙江大学结构工程研究所,浙江杭州310058;中国建筑西北设计研究院,陕西西安710003;浙江省建筑设计研究院,浙江杭州310006;浙江省建筑设计研究院,浙江杭州310006;浙江大学结构工程研究所,浙江杭州310058
【正文语种】中文
【中图分类】TU312.1
【相关文献】
1.土木建筑结构：膜结构风荷载和风致响应研究进展 [J], 顾明;陆海峰
2.复杂外形超高层建筑结构三维风致响应分析 [J], 章李刚;楼文娟
3.兆瓦级风机停机状态塔筒风致响应均值半经验计算方法 [J], 黄国庆;袁酊;刘敏;许楠
4.Y形截面超高层建筑结构风致响应研究 [J], 洪海波;余先锋
5.某高层建筑结构风致扭转响应特性研究 [J], 吴红华;谢尚钊;李正农;胡佳星;沈义俊
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世博轴阳光谷钢结构稳定性分析

一、世博轴阳光谷钢结构节点设计
世博轴阳光谷钢结构节点设计独特，结构形式复杂，需要进行专门的试验研究，以确保其结构性能和稳定性。在设计中，采用了多种不同的结构形式，包括钢框架、钢支撑框架、拉索结构等，这些结构形式各具特点，同时也存在一定的复杂性。
二、试验研究
为了验证这种节点的设计效果，进行了一系列的试验研究。其中包括了模型试验和实物试验。模型试验是在实验室中进行的，通过对缩小比例的模型进行加载测试，以验证节点的承载能力和稳定性。实物试验则是在实际工程中进行，对实际使用的节点进行加载测试，以验证节点的实际性能。
2、试验研究和有限元分析结果基本一致，说明这种节点具有较好的结构性能和可靠性；
3、有限元分析可以模拟节点的实际受力情况和变形规律，为结构设计提供参考依据。
谢谢观看
3、结构优化研究：随着技术的进步和认识的深化，对世博轴阳光谷的结构进行优化是可能的。例如，可以研究采用更高效的材料、更精细的节点设计或其他创新的结构形式来提高结构的性能和稳定性。
4、数值模拟与实验研究：利用先进的数值模拟方法和实验设备对结构进行深入研究，可以帮助我们更准确地预测和了解结构的性能。
无损检测方法主要包括射线探伤、超声波探伤和磁粉探伤等，用于检测构件内部缺陷和表面损伤。应力监测是通过在构件内部粘贴应变片或使用光纤监测系统，实时监测结构应力状态。变形监测则是通过全站仪、水准仪等设备，对结构变形进行定期检测和持续监测。
通过这些监控措施的实施，施工监控团队及时发现并处理了部分施工质量问题，确保了结构的稳定性和安全性。然而，在实际操作过程中，部分监控措施的可行性和有效性有待进一步提高。例如，应力监测和变形监测的精度和可靠性需要加强，以更准确地反映结构实际状态。

控制系统的时域响应分析

控制系统的时域响应分析
控制系统是指将环境及机器内部参数调节到所需状态的系统，它通过检测及控制参数的变化来实现控制的目的，稳定状态，使之不受外界参数的干扰。

控制系统的时域响应分析，是指控制系统对系统参数和环境影响做出的时间分布响应。

时域响应分析可以根据控制系统的结构特征和实现方式来进行，具体可以分为三类：一是闭环响应分析，在这种情况下，系统中的输出经过一定的误差修正后，又会作为输入反馈回系统，实现系统本身的稳定性。

二是开环响应分析，在这种情况下，系统的输出受到输入的影响，但没有反馈回系统，因此，系统不能自行稳定，而只能在输入变化的情况下，通过外部调节来实现。

第三是多参数响应分析，在这种情况下，控制系统不仅考虑输入和输出，还考虑参数的变化，对待调参数进行调节。

一般来说，控制系统的时域响应分析可以包括系统的调节时间、调节准确度、均衡时间等。

调节时间，指的是控制系统输出参数达到稳定态所需要的时间，它可以反映出控制系统的稳定性。

结构风振响应分析

2顺风向风振响应特性pagepage42顺风向风振响应分析方法42顺风向风振响应分析方法pagepage小结频域分析方法与时域分析方法频域方法时域方法非线性线弹性振型分布振型离散第一振型为主v振型相关性忽略振型相关性7结构形式体型简单有振型公式体现概念较直观适用于理论研究需再分析适用于实际应用422结构风振响应特性结构风振响应可分解为平均响应背景响应和共振响应三部分
平均风压
脉动风压
50
01——0:；_sec
0、200400600
——U0N/m2)
10
•
由涡旋脱落引起的结构受迫振动。
特点：
1）细长形结构
2）确定性谐波振动
3）风荷载可由风洞试验或正弦激励假定确定
Along-wind
方柱的升力系数和
阻力系数时程
方柱的升力和阻力
功率谱
會3LOW
fB/U
10W
當.3(7电
★风振响应坐标系统
★按响应方向分类•顺风向振动
沿来流风向的振动；主要由大气来流中的湍流脉动引起的。
★按响应性质分类
•
由风压脉动引起的结构振动。
特点：
1）受迫振动
2）随机振动，需采用随机振动理论分析3）风荷载通常由风洞试验Fra bibliotek拟定常假定确定
拟定常假定：假定作用在物体表面的脉动风压与来流风速具有相同的变化规律。
Required Course for Undergraduate Students
4.
武岳孙瑛
Harbi n Institute of T ech no logy
本章内容
4.1结构风振响应类型4.2顺风向风振响应分析
4.3横风向风振响应分析

世博轴阳光谷钢结构CAD_CAM集成信息系统

每个阳光谷的杆件截面规格有十余种 ,最小截面高度 180mm ,最大截面高度 500mm ,玻璃幕墙安装在阳光谷内侧。建筑设计要求阳光谷杆件的内侧翼缘上表面构成局部及整体平顺的曲面 ,结构设计要求杆件截面的高度方向在曲面的法线方向 ,即曲面的厚度方向。
在结构有限元计算网格基础上 ,软件寻找杆件的汇交点 ,计算相邻网格线构成的三角片外法向量 ,以所有三角片单位外法向量的矢量和作为该节点的平均外法向量 ,按图 4 所示原则调整杆件的空间坐标 ,按图 5 所示原则调整杆件的截面方位。
1) 根据结构计算模型的空间网格 ,自动建立杆件的三维实体模型 ,直接定义和修改截面规格等杆件属性。自动调整和确定杆件截面的空间方位 ,满足钢结构节点拼装、玻璃幕墙安装以及建筑光滑曲面的要求。
2) 结构中有铸钢和钢板焊接等两大类方管汇交节点 ,其中焊接节点又有 3 种具体形式。4 种节点外观非常相似 ,但内部构造与加工工艺均不相同。节点的三维实体模型包含几何、材料、加工、安装以及检测等多种数据信息。此外 ,不同形式的节点有不同的数据处理 ,但对于使用者而言 ,软件的操作使用方法都一致。
[ 摘要 ] 上海世博会世博轴阳光谷为大跨度异形钢结构建筑 ,由于其节点构造的复杂性与特殊性 ,国内外现有的专
业软件都不能胜任该结构的深化设计工作。分析该工程的特点、难点和功能需求 ,深化设计与制作 CADΠCAM 集成
信息系统的架构体系、核心数据结构和重要功能的实现算法。该软件具备从三维实体建模到自动输出加工图与数
Integrated CADΠCAM Information System of Steel Structure
for Sun Valley in Expo Axis

结构振动的频率响应与模态分析

结构振动的频率响应与模态分析频率响应与模态分析是结构振动研究中非常重要的方法，通过这些分析可以深入了解结构的特性、性能和振动行为。

本文将探讨频率响应与模态分析的基本原理、应用以及分析方法。

一、频率响应分析频率响应分析是研究结构在不同激励频率下的振动响应情况。

它通过测量系统对于不同频率激励下的振动响应，得到结构的频率响应函数，进而了解其固有频率、阻尼特性等。

其基本原理是利用傅里叶变换将时域信号转换为频域信号，得到频率和振幅之间的关系。

频率响应分析主要包括两个方面：幅频特性和相频特性。

幅频特性描述了结构对于不同频率激励振幅的响应情况，相频特性则反映了结构振动的相位角与激励频率之间的关系。

在实际工程中，频率响应分析可应用于结构的动态特性测试、模态参数辨识、振动响应控制等方面。

通过频率响应分析，可以预测结构的固有频率，找出结构的共振点，分析结构的阻尼、模态分布等重要参数，为结构设计和改进提供关键依据。

二、模态分析模态分析是研究结构的固有振动模态以及相应的振动特性。

通过模态分析可以获得结构的模态参数，包括自振频率、振型和阻尼比等。

在模态分析中，首先要建立结构的数学模型，通常采用有限元法等数值计算方法。

然后通过计算结构的特征值和特征向量，得到结构的固有频率和振型。

固有频率是结构振动的固有特性，而振型描述了结构在不同固有频率下的振动形态。

模态分析广泛应用于结构设计、振动控制、结构健康监测等领域。

通过模态分析，可以确定结构的主要振型和固有频率范围，评估结构的动态性能，优化结构的设计参数。

三、频率响应与模态分析的联系与应用频率响应分析与模态分析虽然从不同角度研究结构的振动特性，但它们之间存在紧密的联系和相互依赖。

首先，通过频率响应分析可以识别结构的固有频率。

在频率响应测试中，当激励频率接近结构的固有频率时，会发生共振现象，振动响应大幅增加。

通过识别这些共振点，可以初步估计结构的固有频率，并为后续的模态分析提供初步数据。

上海世博会世博轴综合施工技术

上海世博会世博轴综合施工技术
俞晓萌;盛林峰;吴欣之
【期刊名称】《施工技术》
【年(卷),期】2009(038)008
【摘要】上海世博会世博轴膜结构采用连续张拉结构,包括膜面系统和膜面支点系统;索结构采用平行钢丝绳外包PE,分为结构索和膜面索.重点介绍世博轴索膜结构、阳光谷钢结构的深化设计及安装.指出阳光谷钢结构安装采用节点工厂制作,现场散
拼成"个"字形分块吊装,临时连接,逐环安装,闭环后焊接的安装方式;索膜结构安装主要解决索张拉和膜安装两个问题.世博轴工程的设计安装涉及到施工技术领域的新
思路、新工艺.
【总页数】4页(P1-4)
【作者】俞晓萌;盛林峰;吴欣之
【作者单位】上海市机械施工有限公司,上海,200072;上海市机械施工有限公司,上海,200072;上海市机械施工有限公司,上海,200072
【正文语种】中文
【中图分类】TU383;TU393.3
【相关文献】
1.上海世博会主题馆西展厅综合管沟系统设计的地坪施工技术 [J], 曹巍
2.上海世博会城市最佳实践区综合办公楼加固施工技术 [J], 孔德志
3.上海世博会"世博轴"工程施工技术 [J], 吴欣之
4.适意地通行中国2010年上海世博会世博轴及地下综合体工程 [J], 欧阳恬之;黄秋平;李宏
5.上海世博会主题馆综合施工技术 [J], 姜向红;吴亦乐;李强
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基于强化学习的大跨度桥梁风致振动主动控制研究

总第３２１期交　通　科　技ＳｅｒｉａｌＮｏ．３２１　２０２３第６期ＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＮｏ．６Ｄｅｃ．２０２３ＤＯＩ１０．３９６３／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１７５７０．２０２３．０６．００４收稿日期：２０２３０７１３第一作者：何佳琛（１９９８－），男，硕士，助理工程师。

基于强化学习的大跨度桥梁风致振动主动控制研究何佳琛（中铁第四勘察设计院集团有限公司　武汉　４３００６３）摘　要　主动控制措施依靠外部能源供给，可有效抑制大跨度桥梁的风致振动。

为探究基于强化学习的大跨度桥梁风致振动主动控制，以苏通长江大桥为工程背景，建立风桥主动质量阻尼器的时域控制方程，利用深度确定性策略梯度强化学习算法（ＤＤＰＧ）为主动质量阻尼器设计控制律，并与利用ＬＱＲ算法所设计出的主动控制系统在抑振效果层面进行对比，检验利用强化学习算法所设计的控制系统在面对随机风环境及结构参数不确定时的鲁棒性能，并以一个单自由度非线性涡振主动控制的工况说明了强化学习对非线性系统的适用性。

结果表明，利用ＤＤＰＧ算法设计出的主动控制律在实施时仅需要测量桥梁跨中节点的位移响应和加速度响应就能够达到与ＬＱＲ算法相当的控制效果；当系统产生外部扰动或桥梁结构本身的刚度矩阵发生改变时，利用强化学习设计的ＡＴＭＤ仍具备令人满意的控制性能；强化学习是一个适用范围广泛的通用性框架，可用于线性或非线性系统，由于其本身的理念，其所设计出的主动控制系统，在均方值控制效果方面优于相应的峰值控制效果。

关键词　主动控制措施　强化学习　深度确定性策略梯度算法　鲁棒性　非线性系统中图分类号　Ｕ４４１＋．３主动控制措施依靠外部能源供给，可有效抑制大跨度桥梁的风致振动。

主动控制律是主动控制设施的设计核心，其在很大程度上决定了主动控制设施的性能及鲁棒性。

在结构振动控制领域中较常使用的主动控制律设计方法主要可分为传统控制算法和智能控制算法［１］。

上海世博会世博轴阳光谷

图焊接钢节板点全
3
螺栓对接翼缘焊接节点和仅螺栓对接节点 ①节点区翼缘厚30mm，腹板厚10mm；②杆件区翼缘厚25mm，腹板厚5mm。节点和杆件加工详图如图4、5所示。事先将杆件端和节点端刨平，再对高强螺栓施加预紧力，将节点和杆件对接连接(见图5 构建区
图9 焊接节点
节点测评
阳光谷钢结构节点几何特性比较复杂，利用传统的检测方法无法准确地评价节点的加工精度是否符合要求，所以必须采用一种新的方法以适应实际需要。采用的方法为：利用三维坐标检测仪检测构件的所有关键控制点坐标，形成真实产品的三维虚拟模型，再经过严密的数据处理后与相应的设计模型进行比较，评估二者偏差来描述产品的加工精度。需要重点评估节点牛腿与杆件连接的端面精度。本工程利用三维坐标检测仪采集实物的关键检测数据。由于检测坐标值与设计坐标值的参照坐标系不相同，因此在比较前必须将两套坐标值转化到同一个坐标系下，然后分别分析每个控制数据与设计值的偏差。经过处理后得到的成品精度可以直接反映节点端面的加工精度，评价节点安装完后是否会造成视觉效果上的不协调。
图1 上海世博会世博轴索膜结构 Figure1. Cable—membrane structure of Expo Axis in China Expo 2010 Shanghai China
阳光谷简介
世博轴共有6个阳光谷，结构体系均为三角形网格组成的单层网壳，结构下部为竖直方向，到上部边缘逐步转化为环向(见图2)。阳光谷为漏斗形单层网壳钢结构，上表面覆盖玻璃幕墙，整体通透。阳光谷平面为圆形或椭圆形，6个阳光谷的杆件拓朴连接完全相同，但6个阳光谷体型不一，其中4号阳光谷为旋转对称，其余均为轴对称。每个阳光谷的高度为41．5m，最大底部直径约20m，最大顶部直径约90m，6个阳光谷总面积31500 ㎡。

世博轴膜结构气弹模型风洞试验研究

Ｋｅｗｏｄ：ｍｂａｅｒｏｆｒｅｔｌｘｓｆｈ０１ｈｎｈｉｘｏａｒ－ｌｓｉｍｏｅ；ｓｍｅｒｎｆｏｎｒｉｏｔｅ２０Ｓａｇａｐ；ｅｃｅａｔｄｌｗｉｄｉｄｃｄｒｐｎｅｗｉｄｔｎｌｅｔｏｃａａＥｒｃｅｕｔ
【要】世博轴膜结构是典型的风敏感结构。气动弹性模型风洞试验是研究其风振响应的有效方法，由于膜结构质量摘但轻、刚度小，目前在实际抗风研究中很少应用。为此，世博轴膜结构为对象，过风洞试验进一步了解了大跨度膜结构的风振以通 Ⅱ 应特性，向获得了这类结构的风振系数。【键词】世博轴膜结构；动弹性模型；致 Ⅱ应；洞试验关气风向风【图分类号】Ｔ７６３中Ｕ４．【献标识码】文Ａ【章编号】１７ — ７２２１）３０２ — ５文６１３０（０１０ — ０２０
ｌｉｌｎｉｔｆａｕｅ．Ａｅｏｅａｔｄｌａｅｅｅｔｅｔｎｅｔａｅｒｓｏｓｓｏｈｔｕｔｒｓｕｄｒｓｒｎｎｃｉｎ．ｆｘｂｅａｄｌｈｅｔｒｓｅｇｒ－ｌｓｃｍｏｅｓｒｆｃｉｏｉｖｓｇｔｅｐｎｅｆｔｅｓｃｕｅｎｅｔｏｇｗｉｄａｔｓｉｆｖｉｒｏ
Ａｂｔａｔｓｒｃ：Ｍｅｒｎｏｆｆｒｃｎｒｘｓｏｅ２０Ｓａｇａｘｏｉａｋｎｆｔｐｃｌｎ — ｅｓｔｅｓｕｔｒｓｄｅｔｔｅｒｍｂａｅｒｏｏｅｔａｉｆｔ０１ｈｎｈｉＥｐｓｉｄｏｉａｄｓｎｉｖｔｃｕｅｕｏｈｉｌａｈｙｗｉｉｒ