大跨连续刚构桥最大双悬臂状态风致内力计算

连续刚构桥刚度较大,抗风性能较好,但在施工阶段的最大双悬臂状态下刚度较小,自然风会诱发结构抖振效应,因此需对该状态进行抗风性能研究。文章以主跨为200 m的连续刚构桥为研究对象,对引桥最大双悬臂施工状态进行风致内力计算,发现不同风速重现期下,不平衡风载变化对墩底扭矩影响最显著;该状态结构的风致振动不会引发桥上人员的舒适性问题;在施工状态设计基准风速条件下,主梁悬臂端竖向抖振位移较大,需采取适当控制措施。     

温带气候条件下高层建筑抗风设计方法的研究综述

风气候中风向角对结构风荷载和风致响应是非常重要的一个影响因素,高层建筑每个风向区间受到的风荷载和产生的风致响应是并不相同的。介绍了温带气候条件下,国内外各种考虑了风向角影响后高层建筑抗风设计主要的研究方法,包括最不利工况法、逐个风向区间法及穿越法,并指出了它们的优缺点及还需要进一步研究的问题,为高层建筑抗风设计研究提供参考。     

超高层建筑结构抗风性能研究

针对按规范公式计算得到的超高层建筑结构风致振动不尽合理的问题,以西安环球贸易中心超高层建筑为工程背景,首先通过风洞试验测得各楼层的风荷载,再利用ANSYS参数化设计语言编制了能够精确求解超高层建筑风振系数及等效静风荷载的程序,进而对超高层建筑的抗风性能进行研究。结果表明:当风向角接近90°时,结构中部出现了极值位移风振系数,且其迎风面顺风向的变形和内力都达到了最大值,横风向的变形和内力则最小;当风向角为20°~70°时,位移风振系数随着楼层的增高而增加,其峰值出现在顶层;随着风向角的变化,结构扭转加速度峰值在各区间都是先减小后增大,特别是风向角呈45°左右时,结构扭转变形和基底扭矩达到了最大值;提出的将风洞试验与有限元分析相结合的新方法可为同类工程的抗风设计提供参考。     

大跨单层球面网壳的风振系数及其参数分析

本文针对某工程的单层网壳结构方案,采用其风洞试验数据,通过有限元方法在时域内进行三维风振分析,获得了钢网壳24个风向角下的竖向风振系数值,并通过对试验数据和计算结果的分析,确定了风荷载的不利风向角。同时考虑到钢网壳在风荷载作用下,不仅产生竖向风振,并且存在水平向风振,计算了不利风向角下的顺风向和横风向风振系数。进一步进行了该网壳结构在各种参数工况下风振系数的参数影响分析。结果表明:风振系数随风向角变化敏感,在抗风设计时应该考虑到这一规律;斜杆的使用大大减小了单层球面网壳的风振系数值;边界约束条件对风振系数的影响不大;结构阻尼比对竖向风振影响比水平风振响应更明显,阻尼比增大,风振系数有一定程度的减小。这些结论可为单层网壳结构抗风设计、防灾分析提供借鉴。     

高层住宅建筑风荷载特性及风致响应

对某复杂体型高层住宅建筑进行了实际工况和三种不同高宽比单体工况下的刚性模型测压风洞试验,通过数据整理计算得到各工况下结构的轴向整体风力系数、加速度和位移响应值,进而研究了周边建筑干扰和高宽比变化对结构的风荷载及风致响应的影响。结果表明:干扰使得结构整体风力系数偏小,高宽比变化对整体风力系数的影响基本可以忽略,但由于结构体型复杂,值达1.52,超出规范对类似矩形结构建议值;干扰使得结构响应沿风向角变化较大,随着高宽比的增大加速度和位移响应增大,加速度响应主要体现在横风向,位移响应主要体现在顺风向;单体结构的风荷载与风致响应最不利风向角不一定为来流沿两个主轴的风向角,进行抗风设计时应注意与类似单体矩形结构的这种区别。     

大型户外单立柱三面广告牌风荷载的试验研究

近年来户外大型广告牌发展迅速,但其强风下的风致损坏也时有发生。作为一类典型的风易损性结构,现有的大型单立柱多面广告牌的风荷载计算方法亟需进一步完善。文中以典型的三面广告牌结构作为试验对象,通过面板的测压试验,分析上部面板结构的水平和扭转风力系数随风向角变化规律,针对最不利工况,给出面板水平风力及扭矩荷载的取值;提出顺风向和扭矩风荷载谱的建议公式;进一步,通过整体结构的气弹性模型的响应测力试验,研究三面柔性广告牌的基底风振响应随风向角变化规律和特征。综合静力刚性测压和动力气弹测力两阶段试验结果,给出双面广告牌顺风向和扭转风振响应的理论计算方法。该研究为完善大型广告牌结构的抗风设计,提供了风洞试压的基础数据和风荷载计算的理论方法。     

海口世纪大桥施工双悬臂阶段风致抖振反应的控制

海口世纪大桥是一座在建的主跨３４０ｍ的双塔双斜索面预应力混凝土斜拉桥。由于海口市是我国 主要的强风区，在施工设计风速下世纪桥施工阶段存在不安全的因素。为保证大桥的抗风安全，受建设单位委 托，设计单位完成了世纪桥施工双悬臂结构风致抖振反应控制的研究和设计，并经评审通过，建设单位决定采 用。本文在对世纪桥施工双悬臂结构抗风安全性进行评定的基础上，介绍了所完成的世纪桥施工双悬臂结构风 致抖振反应控制方案的原理和设计方法。并通过对设计方案控制效果的理论分析和风洞试验，验证了世纪桥施 工阶段风振控制设计的可行性和可靠性。     

大跨度斜拉扣挂悬臂浇筑混凝土拱桥施工期抖振响应分析

为研究大跨度拱桥施工状态的风致抖振响应,以某主跨240 m的斜拉扣挂悬臂浇筑拱桥为工程背景,采用时域分析方法对施工最大悬臂状态进行了数值计算。首先对拱桥施工期的结构动力特性进行了分析,然后采用谐波合成方法模拟桥梁各空间点的纵向和竖向脉动风速样本,在此基础上得到了不同风速工况下的抖振响应。研究结果可为该桥施工期受风安全性分析提供依据,为同类型的桥梁结构抗风设计提供参考。     

筒架支撑式整体钢平台模架体系风致响应研究

整体钢平台模架体系是为核心筒的施工而研发的辅助装备,为研究其风致动力响应,设计并制作了整体钢平台模架体系的气弹模型和核心筒刚性模型,并将两者按照实际工程情况进行组装。通过风洞试验,测量了整体钢平台模型在不同风速、不同风向角和提升前后两种工况下的位移和加速度响应。试验结果表明:均匀紊流场中,整体钢平台出现了明显的整体扭转振动现象;风向角0°为最不利风向角,顺风向响应远大于横风向响应;提升后工况的位移和加速度响应大于提升前工况;均匀紊流场中的位移大于均匀流场的位移响应,脉动风对整体钢平台的影响不可忽略。风向角0°、提升后工况为最不利工况,故应将其作为整体钢平台的设计工况,整体钢平台的计算可不考虑核心筒,这不仅使计算过程得到简化,且结果偏于安全。     

某典型细长索膜结构风振效应的数值模拟分析

基于计算流体动力学(CFD)和结构有限元方法,数值模拟分析桅杆支承式细长型索膜结构风振效应.运用谐波叠加法模拟生成风速时程,并与SSTk-ω湍流模型结合作为风场计算域入口条件,运用ADINA有限元软件,数值计算考虑风致流固耦合作用的某典型细长索膜结构关键响应,包括索膜结构节点的风致位移响应、速度响应、加速度响应等,分析不同风向角对索膜结构风致效应的影响,计算获得基于结构风致位移响应的风振系数.研究成果可为工程抗风设计提供技术依据.     

大跨高墩连续刚构桥抖振响应分析

为给大跨高墩连续刚构桥安全施工提供有效依据,以桥梁抗风理论为基础,利用Matlab编制风速时程模拟程序,模拟了桥梁风速时程,计算了施工阶段最大双悬臂状态下的桥梁抖振响应,提出了对应施工建议。该分析方法和结果为类似桥梁的抗风稳定性及安全施工研究提供了依据。     

悬挑式张弦罩棚结构的风致疲劳分析

悬挑式张弦梁结构是由传统张弦梁结构改进的高效空间结构,其单榀张弦梁结构由上拉索、弦杆以及下抗风索组合而成。由于此类结构的风致振动效应显著,有必要研究其风致疲劳效应的影响。为研究悬挑式张弦罩棚结构的风致疲劳损伤,以某体育场罩棚为研究对象,采用几何缩尺比为1∶150的ABS塑料刚性模型进行B类风场下的风洞试验,得到各测点的风压时程数据,转化为有限元模型的节点风荷载进行风致振动响应分析并得到拉索的应力时程。利用雨流计数法对拉索的应力时程进行统计计数,并结合EuroCode2中所推荐的拉索S-N曲线,采用Miner准则对拉索的疲劳损伤进行线性累积,从而对该悬挑式张弦梁结构中的拉索进行疲劳损伤评估。结果表明：拉索构件的风致疲劳损伤随风向角变化明显,最不利风向角在180°附近;由于拉索构件的几何非线性特性,其疲劳损伤随风速变化呈非线性增长趋势。     

高墩小半径曲线钢箱梁桥顶推施工桥墩稳定性分析

随着桥梁跨度及桥墩高度的增大,在顶推施工中,桥墩的受力及稳定性在不断发生变化,更易发生桥墩失稳事故,应加以高度重视.为研究在顶推施工中桥墩的稳定性变化规律,文章以一高墩钢箱梁桥为工程背景,在欧拉弹性稳定理论的基础上,利用有限元计算模型对高墩自体及不同悬臂状态的各种工况进行稳定性分析.计算结果表明:各工况下桥墩的稳定性均满足规范要求;施工阶段前三阶屈曲模态基本一致,上部结构及施工荷载对桥墩稳定性的影响较大,而风向对桥墩稳定性的影响程度相差不大;在最大悬臂状态施工阶段,桥墩稳定特征值系数最小,是稳定分析中最不利的状态.     

地基变形对斜拉桥施工双悬臂结构风致抖振反应的影响

探讨了地基变形对桥塔沉井基础位于土层之中的斜拉桥施工双悬臂结构风致抖振反应的影响。在建立了桥塔沉井基础位于土层之中的斜拉桥施工双悬壁结构考虑地基变形的风致抖振反应分析方法的基础上，以海口世纪大桥为工程背景计算分析了地基变形对结构风致抖振反应的影响，得出了地基变形对施工双悬臂结构风致抖振位移反应影响较大，而对桥塔根部纵向抖振弯矩反应影响不大的重要结论。     

任意排列两方形断面高层建筑风致干扰机理研究

风致干扰效应是高层建筑群抗风设计中的常见难点问题之一。采用刚性模型测压试验,研究了均匀层流和两种大气边界层风场条件下任意排列两方形断面高层建筑的风致干扰效应,通过平均和脉动基底弯矩系数的干扰因子、风力系数、风压系数分布以及风荷载功率谱的研究,解释了其风致干扰效应的机理。结果表明,任意排列的两方形断面高层建筑风致干扰中,至少存在横风向静力干扰、顺风向静力干扰和横风向动力干扰三个值得注意的干扰区域。 窄道形成的加速效应使受扰结构上形成指向施扰建筑横风向平均吸力和阻塞形成的受扰建筑的横风向平均推力;遮挡效应使得受扰建筑承受指向位于上游的施扰建筑的顺风向风力;漩涡叠加增强位于尾流区受扰建筑上的横风向脉动荷载。不同风场的试验结果表明,提高来流的紊流度有助于减弱上述干扰效应。     

重庆市袁家岗体育中心体育场风洞试验研究

袁家岗体育场对测压试验探讨了网壳上各分区平均风荷载随来流风向角的变化规律以及在各风向角下的表面风荷载的分布规律;测振模型试验分析了屋盖测点处位移随风向角的变化规律以及在最不利风向角下屋盖测点处竖向抖振位移全振幅随风速的变化规律,从而确定了该设计方案网壳屋盖的风载体型系数及风振系数.     

大跨屋盖结构风致表面摩擦力数值分析

采用ANSYS-FLUENT 13.0中的两层k-ε模型对大跨屋面风致表面摩擦系数进行了CFD数值模拟分析。针对特定的平屋盖的细部尺寸,分别考虑不同的肋间距尺寸、风向角对屋顶表面摩擦系数分布的影响及其分布规律。结果表明:1各种不同肋间距屋面的迎风前檐及迎风前檐转角处,表面摩擦系数最大,上游区域回流腔区内表面摩擦系数很小,甚至为0,而下游区域的摩擦系数逐渐增加;2相同风向角下,摩擦系数随肋间距的减小而逐渐增大,肋间距是影响屋面粗糙度的决定因素;3摩擦系数分布与屋面肋间距及来流风向和肋的夹角有关,来流风向与肋平行时,摩擦系数最小,来流风向垂直于肋时,摩擦系数最大。研究旨在为我国风荷载规范忽略风致建筑物表面摩擦力影响情况下,适当考虑风致表面摩擦力可为屋盖抗风的合理设计提供参考依据。     

谈预应力混凝土斜拉桥的抗风稳定性

针对预应力混凝土斜拉桥施工最大双悬臂、最人单悬臂以及成桥状态，对桥梁结构动力特性以及抗风稳定性做出分析，并对抗风稳定性进行评价。     

外伸板对高层建筑横风向风致响应影响研究

高层建筑风荷载与风致振动是高层建筑抗风设计中的两个控制性因素。已有研究表明,外伸板可以有效降低结构风荷载,但其对结构风致振动的影响并未得到系统研究。选取6种不同的外伸板布置方案,分别开展刚性模型测压试验与气弹模型测振试验,针对布局不同的外伸板对高层建筑横风向风致响应的影响开展对比分析。结果表明：当折减风速不大于11时,外伸长度为7.5%B(B为建筑迎风面宽度)的竖直外伸板可使建筑的横风向位移标准差最多减小26%,外伸长度为12.5%B、相邻两层外伸板间距为8%H(H为建筑高度)的水平外伸板,能够使建筑横风向位移标准差最多减小37%;而当折减风速大于13时,外伸板反而会增大建筑结构的横风向风致响应,从而对建筑结构安全产生不利影响。对于采用外伸板的降载减振设计,当折减风速低于6时,气弹效应对建筑结构横风向风致响应基本没有影响;当折减风速介于6～11之间时,气弹效应能够进一步抑制横风向风致响应;而当折减风速大于13时,气弹效应会引起明显的气动负阻尼,加剧横风向风致响应。     

H型吊杆的大攻角风致振动和抗风设计

拱桥吊杆、大型桁架的直杆是典型的细长直立杆件,因风致振动而损坏的现象常有发生。直立杆件的风攻角变化范围为0°～360°,远大于水平杆件。因此,大攻角风致振动是细长直立杆件的显著特点。但过去未引起足够注意。风洞试验和理论分析证实H型杆件存在大攻角颤振失稳的现实可能性,直立杆的最低涡激共振风速和驰振临界风速也不一定正好在风沿杆件强轴或弱轴的方向产生,试验研究了H型杆不同高宽比和不同开孔率下共16种截面的抗风性能。腹板适度开孔可提高驰振稳定性,但几乎不能提高扭转颤振稳定性。在上述基础上,提出直立杆件抗风设计的建议。