大跨屋盖结构风洞试验及风振响应研究

基于南通兴东新建航站楼结构风洞试验,对该航站楼大跨屋盖结构的整体风压分布以及重要分区的风压分布特性进行研究。并且在风洞试验的基础上,根据各阶振型应变能贡献大小,确定风振响应频域内的计算阶数,进行频域法风振响应分析,并对结构的位移响应风振系数进行对比分析。研究表明:0°风向角为屋盖结构的最不利风向角,迎风区屋檐两端会产生较大的局部风吸力,平均风压系数绝对值达到1.7左右;屋盖中间区域平均风压系数均为负值,风吸力在0°和180°风向角附近达到最大,挑檐区域的风吸力最大值要大于屋盖中间区域;通过各阶模态应变能贡献量确定主要贡献模态,进而选定包括所有主要贡献模态的前m阶模态作为截断模态的方法是可行的;屋盖挑檐区域各分区的最大风振系数要明显大于屋盖中间区域。     

大跨度可开合空间网架屋盖风致效应

大跨度屋盖结构作为风敏感性较强的结构,风荷载是其控制荷载之一,可开合屋盖由于外形和结构的多变性,其风致效应更为复杂。以某大跨度可开合空间网架屋盖结构为研究对象,利用刚性测压风洞试验实测了屋盖内外表面的风压系数,对比了开合状态下屋盖表面风压的分布特征。基于本征正交分解(POD)及瞬态动力有限元分析,得到屋面节点的位移响应时程,分析了屋盖开合状态下的位移响应和风振系数分布特征,研究了结构阻尼比对风振系数的影响。研究表明：屋盖翻转开启形成的悬挑结构会强化流动分离,使得屋盖整体最小净风压较闭合状态进一步减小。闭合状态下风振位移响应中背景响应占主导,背景响应和共振响应之间的相关性较小;开启状态则反之。对于对称的屋盖结构,在对称的屋盖分区上,风振系数会呈现与位移均值相反的分布特征。风振系数与结构阻尼比呈现明显的非线性关系,阻尼比越小,风振系数越大,且对阻尼比越敏感;风振系数随阻尼比演变趋势依赖结构风致平均响应及脉动响应共振分量占比。     

凉都体育场屋盖平均风压与风振系数研究

结合凉都体育场的建筑造型和周围环境,采用Realizablek-ε湍流模型对屋盖的平均风压进行了数值模拟,得到屋盖的平均风压分布.利用MATLAB编制了线性滤波器的自回归法(AR法)的脉动风速时程模拟程序,模拟了屋盖节点的脉动风速时程;并结合屋盖的平均风压和脉动风速时程数值模拟结果,编制了时域法风振效应分析程序,分析了牛角形屋盖的风致响应规律,得出了屋盖的位移风振系数.研究了屋面荷载、平均风速、结构阻尼比等参数对牛角形屋盖风振系数的影响,得出一定偏差范围内可忽略上述参数取值偏差对牛角形屋盖风振响应影响的结论.     

上海浦东足球场风洞试验和风振响应分析北大核心CSCD

上海浦东足球场为跨度211m的轮辐式张弦结构体系,对其屋盖风荷载进行了研究。首先,通过1/300缩尺比的同步多点刚性模型测压风洞试验获得了屋盖上下表面的风平均内压和风压系数;其次,由风洞试验结果分析得到24个风向角下100年重现期对应的屋盖表面的风峰值外压;最后,结合结构的动力特性以及风洞试验结果计算了结构的风振响应和等效静力风荷载。结果表明:屋盖平均内压分布均匀并且随风向角变化不大;在迎风面外边缘可能出现最大的峰值外压;屋盖整体结构沿竖向的平均气动力和等效静力风荷载随风向角的变化有相似的变化趋势。     

上海浦东足球场风洞试验和风振响应分析

上海浦东足球场为跨度211m的轮辐式张弦结构体系,对其屋盖风荷载进行了研究。首先,通过1/300缩尺比的同步多点刚性模型测压风洞试验获得了屋盖上下表面的风平均内压和风压系数;其次,由风洞试验结果分析得到24个风向角下100年重现期对应的屋盖表面的风峰值外压;最后,结合结构的动力特性以及风洞试验结果计算了结构的风振响应和等效静力风荷载。结果表明:屋盖平均内压分布均匀并且随风向角变化不大;在迎风面外边缘可能出现最大的峰值外压;屋盖整体结构沿竖向的平均气动力和等效静力风荷载随风向角的变化有相似的变化趋势。     

不同坡度双坡屋盖表面风压特性研究

通过提取东京工艺大学低矮建筑气动数据库中的风压数据,以点风压和面积平均风压为分析参数,研究了不同坡度双坡屋盖表面的风压特性。首先给出了正风向及斜风向作用下,屋盖表面的平均和脉动风压分布。其次,通过Hermite Model法计算了双坡屋盖表面各区格面积平均风压时程的峰值因子,进而计算得到各区格的风压统计峰值,并据此分析了双坡屋盖的最不利风向和易损位置。以迎风角区域为参考,计算了该区域与屋盖其余部位面积平均风压的相关特性。最后探讨了部分国家规范中双坡屋盖围护结构设计风荷载的相关条文,并针对GB 50009-2012《建筑结构荷载规范》给出了修订建议。研究结果表明,根据各坡度屋盖风压分布、风压相关性和风压统计峰值的特点,可将双坡屋盖分为3个坡度区间,即0°≤θ≤15°（低坡度）、15°<θ≤30°（中等坡度）和30°<θ≤45°（高坡度）;在多数双坡屋盖表面,吸力统计极值的最大值均发生于斜风向作用下的迎风角区域;考虑最不利风向下不同部位风吸力幅值的差异,可将低坡度的屋盖表面分为角部、长边边缘、短边边缘和中部4个区域,中等坡度和高坡度的屋盖表面可在此基础上进一步细分出屋脊区域以及短边边缘与屋脊交接区域进行风压统计。     

大跨度屋盖等效静风压计算方法

为解决现有节点形式的大跨度屋盖等效静风荷载应用不便的问题,提出以分块风压方式描述的大跨度屋盖等效静风荷载计算方法。首先根据屋面风荷载分布特征进行分区处理,通过结构风致响应的快速分析,依据区域内节点的弹性恢复力得到各区域包含结构风振影响的等代风压时程,再由等代风压时程相关性和本征正交分解方法计算得到以等代风压为等效目标的分块等效静风压分布。进一步对由于区域平均处理所引起响应的偏差,提出了补偿方法并对分块等效静风压进行修正。针对不同风向等效分析所产生庞大工况数据,基于遗传算法提出一种自动筛选工况的方法,最终获取可以体现屋盖整体受风作用效应特征的最佳等效工况数据。将所提方法应用于某大型机库屋盖的等效风压计算,结果表明：采用补偿修正过的等效静风压能够较好地反映结构的风致响应特点;相比已有的节点荷载方式,分析筛选出来的少量的经过补偿处理的等效静风压工况,可以很好地重现结构的极值位移响应,验证了所提方法的有效性和可靠性。     

大跨索穹顶屋盖结构风洞试验及敏感风速研究

大跨索穹顶屋盖结构频率密集,其风振动力响应复杂,不同风速下脉动风响应对大跨索屋盖结构的风敏感性影响一直是当前风工程研究的热议难题。针对大跨索穹顶屋盖结构,设计制作了缩尺比为1∶250的试验模型,在B类地貌下开展了36组风洞测压试验,研究了全风向角下大跨索穹顶屋盖结构的风压峰值分布规律和典型不利风向角,最后基于风洞试验数据,探究了索穹顶屋盖在不同风速等级下的风振敏感性。结果表明：索穹顶屋盖主要以承载负风压为主;屋面以承载Z向负风振位移响应为主,呈现中心区域向周边下降的变化规律;屋面Z向风振位移响应随风速增大而递增,平均风响应随风速增大呈线性递增;部分风速等级下索穹顶屋盖的脉动风位移响应和总极值位移响应敏感,且风振系数较大;结构屋面响应最大点处风压系数时程傅里叶变换幅值在结构前10阶部分频段为峰值,表明索穹顶屋盖结构存在敏感风速范围,其脉动风响应显著,且与结构模态自振特性密切相关,抗风设计时应找出敏感风速范围,并对响应显著区域加强抗风设计。     

连拱式大跨悬挑屋盖平均风荷载特性

文章通过数值风洞试验,对连拱式悬挑屋盖平均风荷载特性进行了研究。首先分析了不同风向角对连拱式悬挑屋盖的影响并依据升力与弯矩系数确立了0°为最不利风向角。在此基础上研究了屋盖倾角、看台后部通风率、上游看台的干扰对悬挑屋盖平均风压分布的影响,并且建立了考虑以上三种因素影响的平均风荷载模型表达式。     

大跨悬挑屋盖结构形式对抗风性能的影响

以两个援外大型体育场主看台悬挑屋盖为工程背景，基于风洞试验刚性模型风压测试数据，从振型、频率以及在风荷载作用下的平均风压系数和脉动风荷载谱密度诸方面，分析和比较了有拱和无拱两种结构形式的大跨悬挑屋盖结构的抗风性能，得出悬挑屋盖挑蓬前沿拱可以明显改善屋盖结构抗风性能的结论，并且通过运用随机振动理论对两体育场悬挑屋盖进行风振响应计算验证了上述结论，总结出前沿拱有利于大跨度悬挑屋盖结构抗风的几点原因。     

台州体育中心屋盖的风振系数计算

针对大跨网架屋盖风致振动问题 ,采用时程分析方法 ,在有限元建模的基础上 ,直接采用风洞试验的数据 ,计算了台州市体育中心屋盖结构的竖向位移风振系数 ,得到了一些大跨屋盖位移风振系数的变化规律     

大跨悬挑屋盖风振系数研究

针对荷载规范中对大跨悬挑屋盖结构风振系数计算的不足,利用时程分析法,在有限元建模的基础上,直接采用风洞试验数据,计算了某大跨悬挑屋盖结构的荷载风振系数和位移风振系数,研究了其随风向角的变化规律,并讨论了不同风向角下结构参数的影响。     

大跨屋盖结构风致抖振响应研究

建立基于非定常风荷载的大跨屋盖结构风致动力响应的试验和分析方法。该方法采用多通道测压系统扩大同步测压点的数目,更全面地获得屋盖表面风压的时空特性,为准确计算结构风致响应奠定了基础。在动力分析方法上应用CQC法计算屋盖结构的风振响应,考虑多模态及模态间的耦合影响,编制了结构风致动力效应计算程序SWDP。最后对上海铁路南站工程屋盖结构的抖振响应结果进行了计算和分析。结果表明,采用多通道测压系统可以有效地扩大同步测压点的数目;基于非定常风荷载的CQC方法是计算复杂大跨屋盖结构风振响应的有效方法;背景响应对于总响应的贡献通常是不可忽略的。     

越南广宁体育场悬挑屋盖多振型和交叉项对风振响应的影响

在风洞试验同步测压的基础上,拟合了越南广宁体育场悬挑屋盖脉动风压自谱和相干函数经验表达式,采用准确的屋盖随机风振计算方法分析了上、下风向下悬挑屋盖结构的风致动力响应,重点分析了竖向动位移根方差响应随参振振型数的变化,研究了多振型和振型交叉项对其响应的影响规律。研究表明,越南广宁体育场双侧悬挑屋盖可只考虑前5阶振型,无需考虑振型交叉项的影响。     

秦皇岛体育场膜结构挑篷的抗风分析与设计

结合秦皇岛体育场膜结构挑篷的风洞试验研究,以挑篷上的典型膜面的风荷载特性和风荷载响应为研究对象,直接采用风洞试验测量所得到的风荷载数据,对膜面进行了详尽的静力风荷载响应分析和非线性风振响应分析;试验结果分析表明,挑篷前缘膜面的负压风荷载数值最大,是膜结构挑篷设计的控制荷载。非线性分析表明,通过设置抗风索可以有效提高膜结构的抗风性能;膜面的风振动力效应并不显著,可以近似采用阵风系数来考虑脉动风的瞬时增压作用。这些结果可为类似结构的抗风设计提供参考。     

Wind effects on a long-span beam string roof structure: Wind tunnel test, field measurement and numerical analysis

The Guangzhou International Convention & Exhibition Center (GICEC) with roof dimensions of 210 m wide and 457 m long is the largest exhibition center in Asia and the 2nd largest of this kind in the world. This paper presents results from a combined study of wind tunnel test, full-scale measurement, and numerical analysis of wind effects on the long-span beam string roof structure. In the wind tunnel test, wind-induced pressures including mean and fluctuating components were measured from the roof of a 1:300 scale GICEC model under suburban boundary layer wind flow configuration. The Proper Orthogonal Decomposition (POD) method and the quasi-steady approach as well as probability analysis were adopted to estimate the characteristics of the fluctuating wind pressures on the roof. On the other hand, full-scale measurements of wind actions and wind-induced structural responses of the roof were conducted during the passage of Typhoon Nuri. The field data such as wind speed, wind direction, and acceleration responses, etc., were continuously and simultaneously monitored from a wind and structural response monitoring system installed on the roof structure during the typhoon. Detailed analysis of the field data was performed to investigate the characteristics of the typhoon-generated wind and the wind-induced vibration of the long-span roof structure under typhoon condition. The dynamic characteristics of the roof were determined from the field measurements and comparisons with those calculated from the finite element model (FEM) of the structure were made. The damping ratios of the roof structure were estimated by means of the random decrement method and the amplitude-dependent damping characteristics were presented and discussed. Finally, the full-scale measurements were compared with the model test results to examine the accuracy of the wind tunnel test results and to identify possible modelling errors in the numerical study. The results presented in this paper are expected to be of considerable interest and of use to researchers and professionals involved in designing long-span roof structures.     

北京首都机场3号航站楼风荷载和响应研究

介绍了超大跨度屋盖结构———北京首都机场 3号航站楼的模型风洞试验概况和主要结果 ,给出了屋面在最不利工况下的分块体型系数 ,清楚地显示了屋面的风压分布特征。采用考虑多模态及模态间耦合效应的CQC法计算结构风振响应 ,并以此为基础应用阵风荷载因子法计算了静力等效风荷载     

武汉体育中心体育馆表面风压的风洞试验研究

介绍了武汉体育中心体育馆风洞试验模拟方法和试验结果,讨论了不同风向角下屋盖表面风压的分布,并得出风荷载的分布规律。在考虑了上游有建筑物影响的情况后,分析了周围建筑对屋盖表面风压的干扰效应。围护结构的设计风压分别由我国规范和基于随机振动理论的标准方法计算所得,通过两种方法的比较,得到了若干结论。     

银川机场航站楼钢结构风振分析

对银川机场扩建工程中的航站楼主楼钢结构的风致振动效应进行了分析.简述了该建筑风洞试验的风压分布特点.采用基于里兹向量的振型分解频域法进行结构风振计算.分析了该结构的风振效应的数值和分布特点,发现平均风荷载较大区域(靠近来流区域)的风振系数相对较小,而平均风荷载较小区域(远离来流区域)的风振系数反而大.结构的平均风效应和脉动风效应并不完全符合分布相似的特点,因此在设计时简单地采用统一风振系数的做法,将不能有效反映结构的实际风致振动效应.