大型乔木-框架结构风致耦合振动分析
发布时间：2021-01-05 16:40
随着城市化的加快及人们对绿色生态环境需求的逐步提高,虽然在国内外已有很多工程种植了大型乔木,获得了很好的环境和社会效益,但是未有关于乔木-结构系统耦合振动机理的研究,风荷载作用下（尤其在强风作用下）大型乔木对结构振动的影响研究鲜有涉及。因此结合广州白云国际机场扩建项目交通枢纽中心大型乔木绿化工程存在大型乔木-结构耦合风致振动问题,开展大型乔木-结构系统的耦合振动机理。风振作用下大型乔木与结构的荷载传递方式,把土体等效为水平和转动弹簧阻尼单元,提出大型乔木-结构的计算简化模型,并举了两个算例用MATLAB计算分析考虑SSI效应的地震动响应分析来验证土体等效弹簧阻尼单元的精确性;基于土体的等效方法及软件ABAQUS建立了单株大型乔木-树池结构三维实体有限元模型,分析大型乔木变形情况、弹簧阻尼单元响应和树池结构的内力;从单株大型乔木-树池结构模型到建立16棵大型乔木群区域整体框架结构模型,针对16棵乔木群整体框架结构分别建立了五种模型进行模态和响应分析对比,进一步对大型乔木-框架结构风致耦合振动力学响应分析。此研究成果可以为大型乔木-框架结构风致耦合分析提供合理的简化设计作为参考和技术支撑。...
【文章来源】：广州大学广东省
【文章页数】：170 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题背景
1.2 SSI效应研究历史和发展
1.3 乔木风振力学机理研究现状
1.3.1 乔木模型
1.3.2 乔木风振
1.4 现阶段乔木类屋顶绿化建筑存在的问题
1.5 本课题主要研究内容与意义
第二章 考虑SSI效应的等效单自由度体系验证
2.1 引言
2.2 等效单自由度体系
2.2.1 不考虑SSI效应的等效单自由度体系
2.2.2 考虑SSI效应的等效单自由度体系
2.2.3 修正的水平地震影响系数
2.3 矩形基础的近似动力刚度
2.4 等效SDOF线弹性体系的精确性验证
2.5 SSI体系等效SDOF体系的影响参数
2.5.1 上部结构刚重比的影响分析
2.5.2 不同场地土剪切波速的影响分析
2.6 本章小结
第三章 单株乔木-树池结构风振耦合分析
3.1 ABAQUS简介
3.2 乔木材料本构
3.3 钢筋混凝土本构关系
3.4 树干建模方式验证
3.4.1 建模方式概述
3.4.1.1 单元类型选取
3.4.1.2 弹簧阻尼单元参数设置
3.4.1.3 模型建立
3.4.2 模型验证
3.5 单株乔木-树池结构模型建立
3.5.1 树冠风荷载时程模拟
3.5.1.1 树冠迎风面积与风荷载作用点
3.5.1.2 风荷载时程模拟
3.5.2 网格尺寸选取
3.5.3 大型乔木模型
3.5.4 乔木-树池结构模型
3.6 参数影响分析
3.6.1 土壤类别及树冠形式
3.6.1.1 树干侧向位移和加速度
3.6.1.2 应力云图
3.6.1.3 弹簧阻尼单元响应
3.6.1.4 树池结构截面内力
3.6.2 树干高度
3.6.2.1 树干侧向位移和加速度
3.6.2.2 应力云图
3.6.2.3 弹簧阻尼单元响应
3.6.2.4 树池结构截面内力
3.6.3 不同风速
3.6.3.1 树干侧向位移和加速度
3.6.3.2 应力云图
3.6.3.3 弹簧阻尼单元响应
3.6.3.4 树池结构截面内力
3.6.4 材料弹性常数比值
3.6.4.1 树干侧向位移和加速度
3.6.4.2 应力云图
3.6.4.3 弹簧阻尼单元响应
3.6.4.4 树池结构截面内力
3.7 本章小节
第四章 大型乔木-框架结构风振耦合分析
4.1 材料本构
4.2 单元选取
4.3 大型乔木等效SDOF
4.4 大型乔木-土壤阻尼比的定义
4.5 大型乔木-框架结构整体模型建立
4.5.1 五种整体模型建立
4.5.2 风荷载输入
4.5.3 五种模型结果对比
4.5.3.1 模态分析
4.5.3.2 位移加速度响应对比
4.6 分析工况的设置
4.7 各个参数对两种乔木-框架结构模型的影响规律及对比
4.7.1 土壤类别和树冠形式对框架结构动力响应的影响规律及对比
4.7.2 乔木阻尼比对框架结构动力响应的影响规律及对比
4.7.3 树干直径对框架结构动力响应的影响规律及对比
4.7.4 乔木弹性常数比值对框架结构动力响应的影响规律及对比
4.8 本章小节
第五章 结论与展望
5.1 主要研究结论
5.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种基于三维激光点云数据的单木树冠投影面积和树冠体积自动提取算法[J]. 徐伟恒,冯仲科,苏志芳,胥辉,焦有权,邓欧. 光谱学与光谱分析. 2014(02)
[2]根土相互作用关系对树干振动特性的影响[J]. 陶嗣巍,赵东. 南京林业大学学报(自然科学版). 2013(06)
[3]林木风倒动态模型的建立与分析[J]. 贾杰,李静辉. 森林工程. 2013(04)
[4]土-结构相互作用对消能减震结构动力特性的影响[J]. 王海,鞠三,刘伟庆,王曙光,杜东升,李昌平. 南京工业大学学报(自然科学版). 2012(05)
[5]基于等效单自由度体系的结构地震输入能量的研究[J]. 杜敏,林玮,郭晓云. 地震工程与工程振动. 2011(03)
[6]模拟树木生长的综合力学模型[J]. 董格,刘小丹,孙红岩. 计算机工程与设计. 2011(02)
[7]水平层状场地自振频率的剪切质点系法研究[J]. 邓亚虹,夏唐代,彭建兵,李喜安,黄强兵. 岩土力学. 2009(08)
[8]土体-结构相互作用对消能减震结构的影响[J]. 宋和平,吕西林. 地震工程与工程振动. 2009(01)
[9]考虑耦合效应的风场中摇曳树木模拟[J]. 胡潇毅,陶伟明,郭乙木. 浙江大学学报(工学版). 2008(07)
[10]SSI体系Pushover分析方法的研究[J]. 王凤霞,荆玉龙. 建筑科学. 2008(01)
博士论文
[1]树木风振特性试验研究与有限元分析[D]. 陶嗣巍.北京林业大学 2013
[2]不同宽度杨树农田防护林带树冠结构特征[D]. 赵东.河南农业大学 2011
[3]马尾松树木力学建模及在冰雪荷载下应力分析[D]. 宫晓芳.北京林业大学 2009
[4]基于SSI及非线性土体反应的新型分布式隔震系统研究[D]. 熊伟.湖南大学 2009
[5]林木根系与均质土间相互物理作用机理研究[D]. 宋维峰.北京林业大学 2006
硕士论文
[1]白云机场扩建交通中心大型乔木-树池节点风振动力响应分析[D]. 黎良辉.广州大学 2018
[2]新疆杨风致随机振动的研究[D]. 吴康.北京林业大学 2013
[3]新疆杨在风荷载作用下的应力应变分析[D]. 崔云静.北京林业大学 2011
[4]屋顶花园设计与适宜技术[D]. 王庆.重庆大学 2007
[5]无损检测方法评估人工林杨树木材性质的研究[D]. 王莉娟.北京林业大学 2005
本文编号：2958958
【文章来源】：广州大学广东省
【文章页数】：170 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题背景
1.2 SSI效应研究历史和发展
1.3 乔木风振力学机理研究现状
1.3.1 乔木模型
1.3.2 乔木风振
1.4 现阶段乔木类屋顶绿化建筑存在的问题
1.5 本课题主要研究内容与意义
第二章 考虑SSI效应的等效单自由度体系验证
2.1 引言
2.2 等效单自由度体系
2.2.1 不考虑SSI效应的等效单自由度体系
2.2.2 考虑SSI效应的等效单自由度体系
2.2.3 修正的水平地震影响系数
2.3 矩形基础的近似动力刚度
2.4 等效SDOF线弹性体系的精确性验证
2.5 SSI体系等效SDOF体系的影响参数
2.5.1 上部结构刚重比的影响分析
2.5.2 不同场地土剪切波速的影响分析
2.6 本章小结
第三章 单株乔木-树池结构风振耦合分析
3.1 ABAQUS简介
3.2 乔木材料本构
3.3 钢筋混凝土本构关系
3.4 树干建模方式验证
3.4.1 建模方式概述
3.4.1.1 单元类型选取
3.4.1.2 弹簧阻尼单元参数设置
3.4.1.3 模型建立
3.4.2 模型验证
3.5 单株乔木-树池结构模型建立
3.5.1 树冠风荷载时程模拟
3.5.1.1 树冠迎风面积与风荷载作用点
3.5.1.2 风荷载时程模拟
3.5.2 网格尺寸选取
3.5.3 大型乔木模型
3.5.4 乔木-树池结构模型
3.6 参数影响分析
3.6.1 土壤类别及树冠形式
3.6.1.1 树干侧向位移和加速度
3.6.1.2 应力云图
3.6.1.3 弹簧阻尼单元响应
3.6.1.4 树池结构截面内力
3.6.2 树干高度
3.6.2.1 树干侧向位移和加速度
3.6.2.2 应力云图
3.6.2.3 弹簧阻尼单元响应
3.6.2.4 树池结构截面内力
3.6.3 不同风速
3.6.3.1 树干侧向位移和加速度
3.6.3.2 应力云图
3.6.3.3 弹簧阻尼单元响应
3.6.3.4 树池结构截面内力
3.6.4 材料弹性常数比值
3.6.4.1 树干侧向位移和加速度
3.6.4.2 应力云图
3.6.4.3 弹簧阻尼单元响应
3.6.4.4 树池结构截面内力
3.7 本章小节
第四章 大型乔木-框架结构风振耦合分析
4.1 材料本构
4.2 单元选取
4.3 大型乔木等效SDOF
4.4 大型乔木-土壤阻尼比的定义
4.5 大型乔木-框架结构整体模型建立
4.5.1 五种整体模型建立
4.5.2 风荷载输入
4.5.3 五种模型结果对比
4.5.3.1 模态分析
4.5.3.2 位移加速度响应对比
4.6 分析工况的设置
4.7 各个参数对两种乔木-框架结构模型的影响规律及对比
4.7.1 土壤类别和树冠形式对框架结构动力响应的影响规律及对比
4.7.2 乔木阻尼比对框架结构动力响应的影响规律及对比
4.7.3 树干直径对框架结构动力响应的影响规律及对比
4.7.4 乔木弹性常数比值对框架结构动力响应的影响规律及对比
4.8 本章小节
第五章 结论与展望
5.1 主要研究结论
5.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种基于三维激光点云数据的单木树冠投影面积和树冠体积自动提取算法[J]. 徐伟恒,冯仲科,苏志芳,胥辉,焦有权,邓欧. 光谱学与光谱分析. 2014(02)
[2]根土相互作用关系对树干振动特性的影响[J]. 陶嗣巍,赵东. 南京林业大学学报(自然科学版). 2013(06)
[3]林木风倒动态模型的建立与分析[J]. 贾杰,李静辉. 森林工程. 2013(04)
[4]土-结构相互作用对消能减震结构动力特性的影响[J]. 王海,鞠三,刘伟庆,王曙光,杜东升,李昌平. 南京工业大学学报(自然科学版). 2012(05)
[5]基于等效单自由度体系的结构地震输入能量的研究[J]. 杜敏,林玮,郭晓云. 地震工程与工程振动. 2011(03)
[6]模拟树木生长的综合力学模型[J]. 董格,刘小丹,孙红岩. 计算机工程与设计. 2011(02)
[7]水平层状场地自振频率的剪切质点系法研究[J]. 邓亚虹,夏唐代,彭建兵,李喜安,黄强兵. 岩土力学. 2009(08)
[8]土体-结构相互作用对消能减震结构的影响[J]. 宋和平,吕西林. 地震工程与工程振动. 2009(01)
[9]考虑耦合效应的风场中摇曳树木模拟[J]. 胡潇毅,陶伟明,郭乙木. 浙江大学学报(工学版). 2008(07)
[10]SSI体系Pushover分析方法的研究[J]. 王凤霞,荆玉龙. 建筑科学. 2008(01)
博士论文
[1]树木风振特性试验研究与有限元分析[D]. 陶嗣巍.北京林业大学 2013
[2]不同宽度杨树农田防护林带树冠结构特征[D]. 赵东.河南农业大学 2011
[3]马尾松树木力学建模及在冰雪荷载下应力分析[D]. 宫晓芳.北京林业大学 2009
[4]基于SSI及非线性土体反应的新型分布式隔震系统研究[D]. 熊伟.湖南大学 2009
[5]林木根系与均质土间相互物理作用机理研究[D]. 宋维峰.北京林业大学 2006
硕士论文
[1]白云机场扩建交通中心大型乔木-树池节点风振动力响应分析[D]. 黎良辉.广州大学 2018
[2]新疆杨风致随机振动的研究[D]. 吴康.北京林业大学 2013
[3]新疆杨在风荷载作用下的应力应变分析[D]. 崔云静.北京林业大学 2011
[4]屋顶花园设计与适宜技术[D]. 王庆.重庆大学 2007
[5]无损检测方法评估人工林杨树木材性质的研究[D]. 王莉娟.北京林业大学 2005
本文编号：2958958
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