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。     

武汉体育馆钢结构屋盖风振响应分析

由于武汉体育馆结构动力特性表现为频率低且分布密集、阻尼小,因此研究多振型以及振型交叉项对风振响应的影响,会为其结构抗风安全评估提供重要依据.在风洞试验数据和结构有限元模型基础上,使用频域方法编写了屋盖结构的风振响应计算程序,首先计算出广义位移协方差矩阵,然后根据参与计算的振型数量和是否考虑振型交叉项的影响,计算出均方根位移响应与内力响应.对结果的分析表明:在屋盖结构的不同部位,振型与振型交叉项对风振响应的影响是不同的;振型对响应的贡献与振型位移以及脉动风荷载在该振型上所产生的能量有关;广义位移协方差可以表明振型间的相关性,其相关程度决定了振型交叉项对风振响应的贡献;可以利用振型应变能来选取风振响应计算中所需要考虑的振型阶数.     

国家体育场大跨度屋盖结构风振系数研究

迄今为止,大跨度屋盖结构的风振系数均为上吸风引起的风振效应,对于某些情况是不安全的。针对国家体育场大跨度屋盖结构自重效应较大的特点,本文提出了大跨度屋盖下压风振系数的定义与合理的取值范围,提出了背景响应和共振响应的振型能量参与系数的计算方法和振型选取方法,利用振型叠加法分析了国家体育场屋盖结构的随机风振响应及风振系数,为国家体育场屋盖结构风振系数的确定提供了科学依据。     

国家体育场屋盖结构的风振响应特点

基于时域内背景响应、共振响应的定义,提出了背景响应、共振响应的振型能量参与系数,为大跨空间结构风振响应分析过程中主导振型的选取提供了依据。计算分析了国家体育场屋盖结构在340°风向角作用下的风振响应的各个组成部分,有助于理解国家体育场屋盖结构的风振响应特点。由计算结果可知,脉动响应是国家体育场屋盖结构风振响应的主要成分,脉动响应峰值约占控制点位移响应的2/3;平均风响应约占控制点响应的1/3。在脉动响应中,背景响应远大于共振响应。背景响应的振型耦合效应十分明显,应按CQC振型组合方法计算背景响应;共振响应的振型耦合效应可忽略不计。背景响应与共振响应之间的耦合效应可忽略不计。     

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。     

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。     

北京奥林匹克公园网球中心赛场悬挑钢屋盖结构风振响应分析

计算了北京奥林匹克公园网球中心赛场悬挑钢屋盖结构的风振响应。分析了网球中心赛场的振型响应能量,并选择了风振响应的主导振型。提出了振型背景位移响应与共振位移响应耦合系数的计算方法,对振型位移响应谱及位移方差的计算分析表明,网球中心赛场背景位移响应与共振位移响应之间的耦合效应对计算结果影响不大。研究了拟静力方法和CQC振型组合方法计算背景位移响应的差别,网球中心赛场的振型耦合效应对背景位移响应的影响明显,但根据主导振型计算得到的背景位移响应能够满足工程计算的精度要求。采用CQC和SRSS振型组合方法对共振位移响应的影响进行计算,结果表明振型耦合效应对共振位移响应的影响可忽略不计。在网球中心赛场的风振位移响应中,脉动位移响应的贡献大于平均风位移响应的贡献;在脉动位移响应中,背景位移响应占主要成分。     

淄博体育中心体育场悬挑屋盖空间风振分析

本文对淄博体育中心体育场悬挑屋盖进行了比较精细的空间风振分析。在屋盖同步风洞试验的基础上，按空间随机风致振动方法考虑了屋盖多个振型的影响，计算并提供了4个风向下屋盖各结点的等效静力风荷载，同时分析了屋盖的最大动位移和杆件最大动内力，给出了位移和应力两种风振系数。本文的分析方法可供同类结构抗风设计参考。     

越南国家体育场屋盖平均风压及风环境影响数值模拟

本文给出了越南国家体育场双挑屋盖平均风压分布的数值模拟结果，并将60^o风向下数值模拟平均风压系数与风洞实验结果进行了比较，两者大体上是吻合的，随后给出90^o风向下贴近屋盖面上数值模拟湍动能，以此分析悬挑屋盖面上脉动风压分布规律，且用风洞实验的脉动风压均方根值结果进行验证．最后由越南国家体育场单边屋盖和双边屋盖数值模型，进行了风环境影响的研究，以考察有无上风向屋盖对下风屋盖的影响。     

某体育场悬挑屋盖表面脉动风压空间相关特性

通过对某体育场刚性模型进行同步风洞试验,得到了环状悬挑屋盖上、下表面的风压时程。考虑了涡旋脱落和再附着的影响,对悬挑屋盖各区域的典型测点进行时域下的相关系数和频域下的相干函数分析,总结了该体育场悬挑屋盖表面的平行来流方向、垂直来流方向排列的测点之间的相关系数及相干函数的规律。对相干函数曲线进行了拟合,得到了该体育场屋盖各区域相干函数公式及参数,与Davenport的经典相干函数相比,建立的相干函数与之形式一致、对悬挑屋盖的拟合精度更高。     

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.     

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...     

大跨双层屋盖结构风洞试验与风振响应研究

对南太湖湿地奥体公园复杂体型体育场双层屋盖结构进行了风荷载的风洞试验与风致动力响应研究。屋盖由高低两个开口椭圆屋面叠合而成,两屋面之间设置观光走廊。利用风洞模型试验测定了双层屋盖上下表面的平均和脉动风压时程数据。通过计算分析得到了屋盖结构局部测点的极值风压以及平均风荷载整体合力与最不利风向角。然后基于有限元方法对该屋盖进行了风振响应的动力时程分析,获得了结构风振系数、等效静力风荷载的分布图以及考虑风振效应的最不利风向等数据和结论。     

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。     

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     

单层折面空间网格结构风荷载特性及等效静风荷载研究

对单层折面空间网格结构的表面风压分布和风振响应特性进行研究,采用荷载 响应相关法(LRC)与惯性力法计算结构的等效静风荷载,并分析了其计算精度,结果表明：在迎风面的体育场屋盖部分,气流在经过迎风面屋盖檐口后发生明显分离,形成漩涡,此处的平均负风压和脉动风压最大;整个屋面的绝大部分表面风压都表现为负压。增加肩谷环后,结构横向刚度提高较大,结构的1阶和2阶振型由原来的结构整体水平振动变为罩棚前端内环端部的局部竖向振动;在单层折面空间网格结构的风振响应中,参与结构振动振型较多,需要考虑多阶振型影响,且参与结构振动的主要为低阶振型;在脉动风荷载作用下各振型耦合作用较小;用LRC与惯性力法得到的单层折面空间网格结构等效静风荷载,计算精度可满足工程要求。     

大跨度梯形钢屋架双坡屋盖风振响应和风振系数研究

基于随机振动理论,在频域内采用风力谱分析法进行大跨度梯形钢屋架双坡屋盖随机振动分析,用Davenport风速谱计算屋盖的风振响应和风振系数.讨论基本风压、屋盖跨度、屋盖重量、阻尼比、地貌类别和支座约束等参数对风振系数的影响,利用参数分析的结果,归纳出大跨度梯形钢屋架双坡屋盖风振系数实用公式.     

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.     

基于Ritz-POD的大跨屋盖结构风振响应分析和风效应静力等效方法

大跨屋盖风振响应中的多振型参与特性,及由此导致的多目标等效静风荷载问题,一直是大跨屋盖结构风工程研究和工程应用十分关注的问题。对作者及合作者近年来在该方面的研究工作所取得的进展进行了总结,并加以发展。利用POD分解得到本征模态表达的脉动风荷载空间分布形式,确定与荷载分布形式对应的Ritz向量,即主导模态;推导脉动风响应中背景响应和共振响应的数学表达式,给出背景响应与共振响应间的相关性分析方法;根据结构风振响应特性,以风荷载主要本征模态和结构主导振型惯性力构造多目标等效静风荷载的基本向量,利用最小二乘法得到基本向量的最优组合系数,从而得到针对多个等效目标的等效静风荷载。并通过对跨度40m的K6型单层球面网壳结构的计算验证本文方法的有效性和准确性。     

大跨越输电塔结构风振系数研究

在输电塔结构设计中,风振系数的取值非常重要。本文结合500kV崖门大跨越输电塔工程实例,通过输电塔结构时程分析,得到结构在风荷载作用下风振响应,统计了输电塔结构的风振系数取值,与多种现行规范进行比较,对大跨越输电塔结构抗风设计给出了建议。