体育场主看台弧形挑篷气弹模型风洞试验和响应特性

体育场看台挑篷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,但由于挑篷结构质量轻、刚度小,气弹模型设计和制作均很困难,所以目前在实际工程抗风研究中很少应用。本文以一实际体育场主看台挑篷为对象,研究了这类轻柔结构的气弹模型的设计和制作方法,并通过风洞试验进一步了解体育场主看台挑篷的风振响应特性,获得了这类结构的风致响应的基本特征。     

超高层建筑气动弹性效应双向受迫振动风洞试验研究

通过双向受迫振动风洞试验对高347m的长沙世茂广场模型的气动弹性效应进行研究,模拟结构平面两个轴向的一阶振动,同步测量了振动模型上的表面风压和模型顶部位移。在对振动模型横风向和顺风向的气动弹性力分析基础上,识别了该模型气动阻尼比和气动刚度比,计算并分析了气动弹性效应对结构风致响应和等效风荷载的影响。分析结果表明,在100年重现期风速作用下,该模型气动阻尼比为正值,气动刚度为负,气动刚度相对于结构刚度较小,对结构自振频率影响不大。考虑气动弹性参数后,顶部最大位移响应可减小5%,最高居住层最大加速度响应可减小10%,由等效风荷载计算得到的基底总剪力和基底总弯矩减小1.1%左右。分析表明,双向受迫振动风洞试验是一种有效且有实用前景的超高建筑气动弹性参数识别方法。     

大型体育场主看台挑篷抗风研究现状及展望

大型体育场主看台挑篷是典型的风敏感结构,挑篷上的风荷载和由此诱发的挑篷的风致振动常常是控制结构安全性的主要因素,本系统回顾了国内外在体育场主看台挑篷抗风研究领域的进展,主要涉及刚性模型测压试验研究、气弹模型试验研究、现场实测、风振响应计算和现有规范等方面,并对进一步的研究方向提出建议。     

环状大悬臂挑篷风载特性与风场绕流分析

基于FLUENT软件并引入k-ε湍流模型,对环状大悬臂挑篷屋盖风载和风场进行模拟分析。数值计算分析风向角、屋盖倾角、看台后部通风率、挑篷开洞、有无后挑等参数对挑篷屋盖风压分布的影响;针对屋盖周围气流的绕流特性,分析设置屋盖竖向气动导流板和在挑篷外环边缘附近开洞对降低屋盖负风压的作用。研究结果表明：无论风向角如何变化,水平挑篷屋盖上风压均以吸力为主,较高的吸力分布在迎风的前缘位置;屋盖倾角宜设在 0°~15°范围,过大或过小均不利于结构抗风;增大结构迎风面的通风率有利于减小水平屋盖的平均风压;屋盖是否后挑对水平屋盖上表面的风压影响较小;增设屋盖竖向导流板可减低水平屋盖前缘局部极值风压;在环状挑篷外环边缘附近开洞可较明显减小屋盖风压。     

长宽比2∶1矩形截面高层建筑全风向气动阻尼试验研究

由于高层建筑阻尼小、频率低,易在风荷载作用下发生明显的气动弹性效应,出现不可忽略的气动负阻尼比。为此,考虑高层建筑的一阶线性弯曲模态,制作了长宽比2∶1的矩形截面高层建筑的单自由度气动弹性模型,模型比例1/600。进行了全风向下气弹模型风洞试验,每个风向测量了10个试验风速下的建筑顶部加速度响应,并采用随机减量方法,对矩形截面高层建筑气动阻尼比进行识别。研究结果表明:对于长宽比2∶1的矩形截面高层建筑,强轴方向的风致加速度响应远大于弱轴方向;两个主轴方向的顺风向气动阻尼比均为正值,但强轴方向的横风向气动阻尼比为负值,无量纲临界风速约为5.5;仅采用横风向气动阻尼比结果,可以很好地反映全风向的气动阻尼特性。     

超高层建筑三维风致响应时程分析

进行了某复杂体形超高层建筑顺风向、横风向及扭转风致振动时程分析,用每层质量集中于楼板并视之为刚片的高层建筑层间结构模型代替精细有限元模型。计算结果显示结构位移响应以1阶模态响应为主,该模型代替精确有限元模型能够满足工程计算需要;对于质量中心和刚度中心重合的结构,扭转加速度响应在合加速度响应中占有的比例较小。     

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。     

某体育场看台挑篷风荷载特性及干扰效应风洞试验研究

对某一具有代表性的大型体育场看台挑篷刚性模型进行了表面测压风洞试验,详细介绍了试验所采用的主要技术参数和基本的数据处理方法,对比研究了在有、无临近建筑物干扰情况下的体育场挑篷表面风压分布的等值线图和结构典型测点在不同风向角下的风压变化规律。结果表明,邻近建筑对所测建筑的风荷载有一定的气动干扰影响,相关结论为结构的抗风设计提供了可靠的依据。     

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。     

基于完全气弹模型风洞试验输电塔风荷载识别

按照基本缩尺律,设计、制作了输电塔完全气弹模型,并通过大气边界层风洞试验,测试了多种风速、风向条件下输电塔的位移与加速度响应。通过加速度响应功率谱识别出结构的固有频率,并采用Hilbert-Huang变换结合随机减量法识别出包含结构阻尼和气动阻尼的结构总阻尼。利用虚拟激励法建立了由测点位移响应来识别结构顺风向、横风向风荷载的方法。由识别出的风荷载谱曲线,利用非线性最小二乘法拟合得到输电塔顺风向、横风向风荷载经验公式。研究结果表明：风洞试验设计、制作的输电塔气弹模型,测试得到的模型第1阶自振频率与有限元计算结果吻合较好;横风向荷载谱形态与顺风向的相比有较大的区别,其能量分布在一个更宽的频带上,其峰值频率是顺风向的3～4倍。     

体育场悬挑屋盖结构的风荷载及干扰影响的风洞试验研究

本文结合 1座将建于强风区的大型体育场的实际建设情况 ,在风洞中对该体育场的 1、2期工程分别进行了试验 ,仔细分析了其主看台悬挑屋盖上的风压分布 ,并对干扰影响进行了讨论 ,得出的一些结论对建立此类体育场悬挑屋盖的风振分析方法有参考作用     

大型双曲冷却塔气弹模型风洞试验和响应特性

双曲薄壳冷却塔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。根据某大型双曲冷却塔结构动力特性和风振响应的特点,按相似准则合理简化,成功设计和制作了这一复杂结构的气动弹性模型,并在大型边界层风洞中模拟的B类风场、7个工况共112个风向角下进行了试验。根据试验结果可得:结构的位移响应特征参数均和风速呈现线性关系,干扰作用减小了位移响应的均值,增大了其脉动量,并使其沿环向的变化趋势发生改变;8m/s风速下测压试验计算的结构响应值相比气弹试验结果均值偏小、均方差偏大;单塔工况下背景分量占据主导地位,而多塔干扰影响使背景分量不再居于主导地位,共振响应趋于显著;多塔干扰下以原型结构10cm位移为阈值计入风振系数贡献的测点数减少,但是响应根方差增大,其风振系数均值相比单塔下结果明显变大。     

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。     

某大悬挑屋盖结构的风振分析

某大悬挑钢屋盖结构,悬挑28.23 m。该屋盖结构悬挑跨度大,形状复杂,且悬挑部分上、下表面均受到风的作用,风荷载为支配荷载。介绍了该屋盖结构的结构布置特点以及计算分析要点,并进行了风振分析。根据分析结果,在满足承载力设计的条件下,原设计方案的悬挑自由端竖向位移超出了规范的规定,应对其进行减振设计。     

北大体育馆屋盖结构风荷载分布特性的试验研究

风荷载是控制大跨度钢屋盖结构设计的主要荷载之一。结合北京大学体育馆屋盖结构的风洞模拟试验,以屋盖上的平均风荷载和脉动风荷载为研究对象,对屋盖上的风荷载分布特性进行了详尽的分析。结果认为:整个屋盖所受风荷载主要以负压为主,屋盖悬挑部分在迎风时产生“上吸下顶”的叠加作用,其他风向为“上吸下吸”的抵消作用;屋盖角部的风荷载一般也很大,在结构设计时应采取必要的构造措施;脉动风荷载对于总的设计风荷载来说不能忽略,准定常理论不适合用来计算大跨度屋盖的风振响应。     

上海虹口足球场大悬挑钢屋盖结构自振特性和风振动力响应分析

本通过上海虹口足球场复杂屋盖结构体系自振特性的分析和独特显示，获得了振型分布很有价值的规律性。体育场屋盖结构体系的风振分析需要考虑多个振型的影响，由结构风振动力的振型分解法，进行了该足球场屋盖体系十阶振型和振型耦合风振动位移响应的分析和研究，得到了各振型影响的规律和结论。对上海虹口足球场屋盖结构，考虑前七阶振型的影响，精度可基本满足结构设计的需要。     

基于ANSYS二次开发研究斜拉索挑篷结构的非线性风致响应

近年来，大悬挑预应力斜拉索挑蓬在大型体育场建筑中得到了越来越广泛的应用。本文在尝试对ANSYS软件进行二次开发的基础上。发展了一种适合体育场主看台斜拉索挑蓬结构非线性风振响应计算分析的方法，同时也比较了非线性问题对这类挑蓬结构风致振动的影响，得出了一些有参考价值的结论。     

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.