大跨结构屋盖风致响应状态Newmark法

本文运用状态空间Newmark法,推导了大跨屋盖结构在时域内的随机风致响应和风振系数的计算方法。通过对一大跨平面空间网架结构的建模分析,计算得到了屋盖的随机风致动力响应时程,研究了屋盖的荷载风振系数和位移风振系数,分析比较了表面两种风振系数的分布特性和变化规律,研究结果可以作为大跨度网架屋盖风荷载设计的一种参考。     

某骨架支承式膜结构屋盖的等效静力风荷载研究

以郑州大上海步行街中心广场膜结构屋盖为工程背景,进行了刚性模型的同步测压试验。研究了屋盖表面风荷载分布规律和屋盖的风致响应;采用阵风荷载因子法和荷载响应相关法,研究了屋盖的等效静力风荷载,并分析了两种方法的优缺点。结果表明,城市中心的开敞式大跨度屋盖结构的风荷载以脉动风荷载为主;其风致响应也以脉动响应为主;阵风荷载因子法在以脉动响应为主的情况下定义等效静力风荷载存在困难,荷载响应相关法能克服阵风荷载因子法的这些缺点。     

柱壳屋盖的等效静风荷载

根据弹性恢复力的模态展开式和计算响应的拟静力公式导出产生屋盖结构最大峰值响应的等效静风荷载。给出两种计算等效静风荷载的途径,一种表示为模态等效静风荷载的加权组合,另一种表示为背景分量与共振分量的加权组合。利用同步多点压力扫描技术对一个柱壳屋盖结构进行了风洞试验。采用完全二次型组合法(CQC法)和平方总和开方法(SRSS法)计算了不同风向角下竖向位移的峰值响应,说明了模态耦合的影响。将两种途径计算的柱壳屋盖等效静风荷载分布与平均风荷载分布作了比较,分析了相应的峰值响应与平均响应。分析结果表明:许多结点的等效静风荷载远大于平均风荷载,而且脉动风效应和共振效应也应引起重视。     

某景观烟囱顺风向风振响应分析与风振系数确定

采用SAP2000软件建立了某景观烟囱的结构分析模型,输入风荷载时程进行风振响应分析。考虑了烟囱复杂外形和不规则质量分布,利用频域方法计算了烟囱第1阶振型的风振位移响应,并与时域方法的结果进行对比,二者吻合较好。分别采用阵风荷载因子法和惯性风荷载法计算了烟囱结构不同高度处的风振系数,并将基于该两种风振系数的等效静力风荷载分别作用在烟囱结构上,计算其顺风向位移响应并与精确值进行比较,结果表明其位移分布均符合真实响应。因此虽然上述两种方法得到的风振系数沿高度分布差别较大,但均能实现烟囱的风振位移等效,均是合理的。为工程应用方便,采用基于阵风荷载因子法的风振系数供结构设计使用。     

基于力协方差法等效静力风荷载共振耦合效应分析

针对等效静力风荷载(ESWL)传统计算方法在处理强耦合结构共振模态之间耦合项的不足,提出基于共振恢复力协方差法能完全考虑各共振模态之间耦合效应的计算方法。具体思路为:从结构运动方程出发,推导出广义共振模态位移响应协方差矩阵;进而基于惯性风荷载法(IWL)获取仅包含共振分量的弹性恢复力协方差矩阵;再采用荷载-响应相关方法(LRC)进行共振响应及其ESWL的计算。该方法避开求解弹性恢复力的积分过程,考虑了各阶共振分量之间的耦合性,且物理意义明确,从理论上适用于任意复杂结构ESWL共振分量计算。以某电厂超大型冷却塔为例,进行结构风致响应和ESWL计算,讨论了共振分量的耦合效应,验证了该方法的有效性。     

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。     

国家海洋博物馆风洞试验与等效静风荷载研究

以国家海洋博物馆钢结构屋盖为研究对象,采用刚性模型同步测压风洞试验对建筑表面的平均及脉动风荷载进行测定,考察了典型风向下屋盖表面风荷载特性。建立结构整体有限元模型,利用时程分析方法获得结构在风荷载作用下的最大节点位移和杆件应力。引入多目标等效静风荷载分析方法,以结构在风荷载作用下的最大动力响应为控制指标,获得针对多个等效目标的静力风荷载分布并对等效结果进行了验证。结果表明,该方法可以实现以少量静力风荷载分布形式实现所有响应均与动力极值响应等效。     

某复杂大跨火车站风致响应分析

针对某复杂大跨火车站屋盖结构风致振动问题,采用频域法中考虑模态耦合效应的分量法,求解了结构在风荷载下的响应,结果表明,采用改进的分量法求解大跨屋盖结构的风振系数具有较高的精度,可满足工程计算的要求。     

体育场悬挑屋盖空间风激动力响应和等效风荷载实用计算

本文推导了悬挑屋盖空间动力响应的理论公式,提出了等效静力风荷载实用计算方法。动力响应公式中考虑了空 间脉动风压分布和多个空间振型的贡献,且给出了显式表达式,工程应用方便;等效静力风荷载是基于惯性风荷载方法提 出的。结合等效风荷载的计算,本文利用两座体育场风洞试验的测压数据,拟合了其悬挑屋盖脉动风压谱的经验公式。经 工程算例表明,本文方法对悬挑屋盖的风振计算具有较理想的计算精度。     

某钢结构气象塔在时程风荷载作用下考虑P-Δ效应的动力时程分析

根据线性过滤器中的自回归模型,借助数值分析软件MATLAB编写了频域转换时域程序,模拟了场地上不同高度处的具有空间相关性的时程风荷载,然后利用有限元软件SAP2000对钢结构气象塔进行时程风荷载作用下动力时程分析,得到气象塔的时程位移、时程速度和时程加速度响应,并将静力风荷载位移响应与时程位移峰值响应进行对比,作了误差分析.     

大跨空间网格结构风振系数探讨

频域法是大跨空间网格结构风振响应实用计算的首选方法，而大跨空间网格结构是频率密集性结构，现在常规的模态分析法已不适合对大跨空间网格结构进行风振响应分析。我国现在仍是采用高耸或高层结构的荷载规范，只取结构的第一阶频率计算风振系数，按此方法进行大跨空间网格结构的风振分析是很不合理的。本文根据模态对系统应变能的贡献，提出了一种简单、有效的方法来计算大跨空间网格结构的风振系数，并通过算例对所提出的方法进行了验证。     

大跨度点支式幕墙支承结构风振性能分析

广州新白云机场航站楼主楼点支式玻璃幕墙结构,长108m、高33m,采用钢桁架与预应力索桁架交叉的混合支承体系。本文针对该幕墙支承体系的三种结构方案,应用非线性有限元软件,对其风激动力性能进行分析,给出了方案合理性的评价。主要工作有:应用子空间迭代法分别对单榀索桁架和整体结构进行自振特性分析,得到相应的频率和振型;应用非线性随机模拟风振分析方法分别对三种结构方案进行整体分析,得到结构在脉动风作用下的响应时程;对风振分析结果进行统计分析,得到可供设计参考的风振系数。计算结果表明:三种结构方案的风振动力性能差别较大;其中,方案一最差,在脉动风作用下发生了弯扭跳跃式失稳;方案三最好,表现出良好的动力稳定性和整体工作性能。     

Alongwind static equivalent wind loads and responses of tall buildings. Part I: Unfavorable distributions of static equivalent wind loads

Although on the same theoretical basis, the current standards of major countries have set out two evidently different distributions of alongwind static equivalent wind loads, one being the same as the mean wind force and the other the same as the first mode shape on tall buildings. In this paper, the fluctuating static equivalent wind load is evaluated as mean, background and resonant components, and the unfavorable distribution of each component is separately addressed. Meanwhile, the wind loads by the above two code methods are derived. The effects of the wind loads by the two code methods on tall buildings are then examined to identify whether or not they are equivalent with regard to the actual wind induced responses. The results show that the wind loads by the two code methods can only ensure an equivalent first mode displacement response, and they may lead to some considerably unfavorable load effects, for example, the base shear force estimation. Finally a numerical example demonstrating the main results is given.     

Wind-Induced vibration responses of prestressed double-layered spherical latticed shells

This paper focuses on the wind-induced vibration response of prestressed double-layered spherical latticed shell (PDSLS) structures by adopting time-domain analysis method. Welch spectrum analysis method is used to make precision evaluation of power spectrum of fluctuating wind speed time history simulated by weighted amplitude wavelet superposition (WAWS) method and linear filtering method of auto-regression (AR) model. Results show that the two methods produce little precision difference, but AR method is far more efficient than WAWS and is more suitable for wind speed simulation of PDSLSs. The effect of various parameters on the wind-induced vibration response of PDSLS structures are comprehensively investigated, including rise-span ratio, span, shell thickness, elastic constraint stiffness, prestress value, with or without cables and cable layout scheme. Results show that rise-span ratio and span are the major factors that affect wind-induced vibration response of PDSLSs. When cables are set, the wind vibration coefficient of nodal vertical displacement becomes smaller and more equally distributed, which demonstrates that PDSLSs are less sensitive to fluctuating wind effect than common latticed shell structures without cables. Finally, based on the envelopment concept and with the maximum dynamic and average wind-induced displacement responses as control indicators, the calculating method for global wind vibration coefficient (GWVC) of PDSLSs is proposed and the value with usual design parameters is given. Meanwhile, when the structure is made static analysis by means of the equivalent static wind load obtained from GWVC, the obtained internal member force response is relatively accordant with the actual response got from time-history analysis, and is a little safer.     

超高层建筑三维风振的时域分析方法研究

以436m高的大连国贸中心大厦为例,着重介绍通过时域分析确定超高层建筑三维等效静风荷载的方法。首先结合风洞测压试验,采用广义坐标合成法和等效风振力法得出各层的位移响应时程和等效荷载时程。然后根据极值统计理论和相关分析确定等效目标,在等效荷载时程中与目标最匹配的值即可作为等效静风荷载。由此得出的各层荷载自动包含了不同方向的组合以及荷载空间相关性,不但可实现等效目标,其他相关响应通常也可达到最大值。由于采用了高效的广义坐标合成法,该时域分析方法在精度相同的前提下,计算量比传统的频域完全二次型组合(CQC)算法还要小。对大连国贸中心大厦的计算分析验证了该方法的有效性。分析结果表明大厦的横风向振动非常显著,在小角度斜吹的情况下,弱轴方向将由于强烈的横风向振动出现响应与荷载的最大值。     

高矢跨比椭圆抛物面弦支穹顶风振系数研究

常州市体育馆弦支穹顶,采用Levy型索杆体系以及外部联方型和内部凯威特型网格单层网壳。与常规已研究的弦支穹顶相比,其高矢跨比使网壳具有较大刚度,其椭圆抛物面外形使屋盖在水平风载作用下既存在风吸区也存在风压区。结合工程进行了高矢跨比椭圆抛物面弦支穹顶的风振时域分析,研究了网壳和索杆系的风振响应,在风振作用下,拉索索力和支座竖向反力减小,但拉索未松弛,风载未超过恒载;索杆系应力的均值和波动范围较小;网壳的纵轴和横轴上的响应变化规律较为一致,最大竖向位移出现在靠近中心的2~4环;网壳内环的竖向位移风振系数比较均匀,外环波动较大。通过统计风振响应参数,探讨了整体风振系数的计算方法。基于响应均值和最大值的线性关系,采用风振响应与平均风静力响应的最大值之比作为适用于风载静力分析的整体风振系数,并提出不同风向下的建议值。方法简便,无需判定奇点和统计各样本响应时程。风振响应分析结论及整体风振系数计算方法和结果,可为类似结构的抗风     

拱坝-地基动力相互作用的时域模型

本文采用频域边界元模拟拱坝地基,通过数值拟合,将地基频域动力刚度转换为等效时域参数,与时域有限元模拟的坝体子结构耦合,建立一个在时域内直接求解、计算效率较高的拱坝-地基动力相互作用分析模型.该模型采用自由场方式输入地震.在拱坝坝体子结构分析中,采用固定界面法求解坝体的模态坐标,并将其与地基子结构耦合,提高了模型的计算效率.为了验证模型的精度和效率,利用加速度脉冲作为自由场输入,求得拱坝的频率响应函数.与频域方法的结果进行对比,证明本文的时域模型具有良好的精度,能节省大量计算时间.此外,时域模型能应用于非线性结构-地基相互作用分析中,是频域方法难以比拟的.     

天津大学体育场看台罩棚钢桁架设计与施工

天津大学体育场看台罩棚采用了大跨悬挑钢桁架结构 ,针对其跨度较大、形状不规则的特点 ,详细阐述了该种结构的体系布置情况和静、动力分析过程。体系布置采用三角形桁架结构 ,通过檩条和支撑将其连结成一个稳定的整体。最后简要地介绍了制作和安装方法     

Wind-induced vibration control of long span cable-stayed bridges using multiple pressurized tuned liquid column dampers

This paper explores the possibility of using multiple pressurized tuned liquid column damper (MPTLCD) to reduce wind-induced vibration of long span cable-stayed bridges. By implementing a static pressure inside two sealed air chambers at two ends of a traditional tuned liquid column damper (TLCD), a pressurized tuned liquid column damper (PTLCD) is formed and its natural frequency can be adjusted by not only the length of its liquid column but also the pressure inside its two air chambers. This special feature of PTLCD in frequency tuning greatly facilitates its application to long span cable-stayed bridges for mitigating wind-induced multi-modes of vibration. To further enhance the robustness and effectiveness of PTLCD for vibration control, MPTLCDs are explored in this study. The finite element model of MPTLCD is developed and incorporated into the finite element model of a long span cable-stayed bridge for predicting the buffeting response of the coupled MPTLCD-bridge system in the time domain. The performance of MPTLCD for suppressing combined lateral and torsional vibration of a real long span cable stayed bridge is numerically assessed. The investigations show that the MPTLCD not only provides great flexibility for selecting liquid column length but also significantly reduces the lateral and torsional displacement responses of the long span bridge under wind excitation.