劲性支撑穹顶结构风振响应分析

劲性支撑穹顶结构是一种刚柔结合的新型预应力空间结构,具有跨度大、自重轻等特点.利用线性滤波器法中的AR法,结合结构风压谱随高度变化规律,编制了脉动风速时程模拟程序.采用时域分析方法,研究了劲性支撑穹顶结构在水平风和竖向风单独作用及共同作用下的响应,并分析了初始预应力、矢高、跨度及环向等分数对结构风振响应的影响.研究表明,水平风与竖向风共同作用下结构节点位移均值位于两者单独作用于结构时的位移均值之间,预应力对结构风振响应的影响显著,节点位移响应均值随矢高或跨度增加而变大,环向等分数减小会导致结构的竖向位移响应均值及幅值增大.将风振系数进行统计分析,得到了便于工程设计人员应用的风振系数.     

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。     

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.     

高阶振型对大跨度平屋盖结构风振响应的影响

通过对屋盖的风振响应计算,分析了竖向脉动风和水平脉动风作用下高阶振型对大跨度平屋盖结构风振响应的影响.研究结果为大跨屋盖结构设计和研究提供有意义的参考.     

下击暴流风特性及其对高耸桅杆动力作用的实测分析

为了研究下击暴流的风场特性及其对高耸结构的动力作用，依据高度356 m的深圳气象观测梯度塔获取了下击暴流风记录及其加速度响应。分析了雷暴风的平均风速、湍流度及脉动风功率谱特性，并进一步研究了下击暴流作用下梯度塔的动力响应特征。分析结果表明：下击暴流风速剖面形态具有时变性，且不同时刻的风速剖面与目前常用的经验剖面均有一定的差异；雷暴过程湍流强度随高度变化规律性不显著，其脉动风功率谱与von Karman谱和Solari谱较为吻合；下击暴流作用下梯度塔的最大风振响应出现在雷暴过程的上升段而非最大风速时刻，其响应和顺风向风振系数均随高度增加而增大；风振过程中梯度塔多模态参与特征明显，且纤绳振动的影响不可忽略。     

基于时域的超高层建筑横风向风振模拟及分析

对于某些超高层建筑,其横风向风振响应甚至超过顺风向而成为结构设计的控制性因素。为研究横风向风振响应的时程特性及变化规律,基于横风向脉动力谱,考虑风力的竖向相干性,通过谐波合成法模拟横风力时程,在时域内求解分析某超高层钢筋混凝土建筑横风向的风振响应。分析时考虑地貌、来流风速以及结构基频的变化,探讨各因素对风振响应的影响规律,为超高层建筑的抗风设计提供参考依据。     

单侧大跨度钢结构屋盖风致响应分析

在对单侧大跨度屋盖做风振响应分析时,考虑竖向风荷载与不考虑竖向风荷载的区别,结合实际工程,对其做了CFD数值风洞计算,得到最不利风向角为正对看台的180°风向角,以及该风向角度下屋盖的风荷载体型系数分布情况,再利用Kaimal顺风向风速谱和Panofsky竖向风速谱编制程序输出风速时程,对屋盖结构进行了考虑竖向风和不考虑竖向风两种工况的有限元动力时程分析。结果表明,考虑竖向风与否对风振系数影响并不大,但考虑竖向风作用时其节点位移将是不考虑时的2倍左右,其振动幅值也有所增大,在做大跨度屋盖设计时应给予足够的重视。     

截球形气膜结构气弹模型风洞试验研究

为了研究截球形气膜结构的风致响应及风振系数，在B类地貌风场中进行了3种典型矢跨比截球形气膜结构的气弹模型风洞试验，考察内压、风速、有无拉索对膜面位移、应变的影响，分析截球形气膜结构的风致振动规律，提出截球形气膜的等效静力分析方法，给出考虑流固耦合效应的响应风振系数。研究表明：结构总位移极值出现在结构顶部及迎风面中心线约1/3矢高处，最大主应变发生在结构侧面中心线位置；结构平均变形呈顶部隆起、迎风面凹陷、侧面向外凸出的形状；风荷载作用下结构内压减小明显；结构顶部的横风向位移响应标准差、竖向位移响应标准差、顺风向位移响应标准差依次减小；无索结构总位移和最大主应力的风振系数均在1.1～1.4之间；施加拉索后，结构的竖向位移基本为0,顺风向位移及横风向位移极值分别减小为无索结构的50%和30%,总位移风振系数为1.6,最大主应力风振系数仍在1.1～1.4之间，拉索的应力风振系数约为1.6。     

风荷载作用下超大跨度机库结构响应分析

文章对某大跨机库进行三维脉动风作用下的风振分析,给出了主要风向角作用下屋盖节点的位移均方根值分布与加速度均方根值分布,并分析了不同风向角对风振响应值的影响。通过平均风与脉动风作用下的节点响应值对比,发现影响屋盖风振系数分布的主要因素是机库本身的结构特性,对节点风致响应进行频谱分析的结果进一步表明了对于节点位移响应来说背景分量占主要比重,而共振分量则在节点加速度响应中占主要部分。     

基于多相流理论的风雨共同作用下鞍形膜结构响应分析

膜结构重量轻、跨度大、自振频率低,对风敏感,因此膜结构抗风设计是一个必须考虑的因素。但在实际中,大风暴雨往往相携而来,仅考虑风荷载对设计已经不足,由此而出现的事故也有发生,因此风雨共同作用下膜结构的设计成为一个现实问题。以此为背景研究风雨共同作用下鞍形膜结构的响应,基于多相流理论的欧拉-欧拉模型,考虑降雨强度、雨滴直径、体积分数和末速度等对风荷载的影响,取4种风向角,3种不同降雨强度和3种不同风速,对比风速变化、雨强变化等对鞍形膜结构响应的影响。结果表明:风雨共同作用时鞍形膜结构位移、应力显著增加;45°风向角下结构稳定性较差。     

世博轴大跨度索膜结构设计与研究

世博轴及地下综合体工程是2010年上海世博会园区标志性建筑之一,其顶棚结构由阳光谷钢结构和索膜结构组成。索膜顶棚采用了连续张拉式柔性结构体系,具有大跨度、大位移、几何非线性特征较强等特点。通过研究膜材安全系数的取值、风致响应、膜面位移控制的取值方法等问题,明确了膜结构的设计原则。通过多个程序的计算分析,研究了膜材的长、短期荷载组合下的应力、变形。膜面最大应力满足设计要求,最大位移不影响建筑使用。通过结构在小风下的膜面位移分析、局部倒塌分析,论证了结构的舒适性、安全性。     

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。     

车辐式大跨度张拉索膜结构的自振和静风作用分析

选取佛山世纪莲体育中心的大跨度车辐式张拉索膜结构作为研究的原始模型,着重讨论不同预应力度和不同的膜的张拉刚度对结构自振特性和静风反应的影响。计算表明,结构的预应力度对结构的自振特性和静风反应影响较大。     

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。     

三管集束式钢烟囱风致响应与风振系数研究

为研究三管集束式钢烟囱风致响应与风振系数,以国内某在建180m高三管集束式钢烟囱为研究对象,通过同步刚体测压风洞试验,得到了不同风向角下三管集束式钢烟囱各排烟筒表面平均与脉动风压;采用有限单元法建立排烟筒-加劲环-工字梁一体化有限元模型,对不同风向角下三管集束式钢烟囱结构体系的风致响应进行完全瞬态时域动力分析,研究以径向位移、子午向轴力、环向弯矩和von Mises应力等4种响应作为响应目标的排烟筒一维、二维和三维响应风振系数分布特性及取值标准,给出了典型风向角下三管集束式钢烟囱分层及整体风振系数的取值建议。研究表明：基于4种响应目标的风振系数沿子午向和环向具有明显的二维分布特征,层风振系数随高度逐渐增大,整体风振系数建议取值为2.12。     

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.     

单重和多重调谐质量惯容阻尼器控制连体超高层建筑风振响应比较研究

连体超高层建筑因存在强烈的气动干扰,在强风下可能会出现大幅相对振动,调谐质量惯容阻尼器(TMDI)是一种振动控制装置,其惯容器两端的相对加速度较大时,TMDI振动控制效果较好.结合两者各自的特点提出了多重调谐质量惯容阻尼器(MTMDI)控制连体超高层建筑的风振响应,两个TMDI分别控制两栋建筑各自的一阶自振频率.首先建...     

高层建筑结构抗风分析的Pushover方法

以某高层建筑结构为例,进行了强风作用下结构的弹塑性风振响应时程分析,在此基础上,进行了将静力弹塑性Pushover方法用于结构抗风设计的可行性研究。通过动力时程分析、规范静力分析及Pushover抗风分析结果的对比发现:在风荷载较小的情况下,高层建筑结构处于弹性状态,由规范给出的静力等效风荷载方法计算得到的结构风振响应可以满足实际工程的需要。在强风作用下,高层建筑结构的部分构件进入塑性变形状态,用所提出的Pushover抗风分析方法计算得到的结构位移响应与时程响应分析结果吻合,而规范静力分析方法的结果偏小。     

轮辐式大跨度张拉结构地震反应分析(Ⅰ)

以世纪莲体育中心轮辐式大跨度张拉索膜结构为研究对象,采用ANSYS程序,建立有限元模型,分析地震波作用下结构的动力特性.结果表明:结构竖向刚度较小,垂跨比达到1/1152;多遇烈度下的层间位移角达到1/467,水平向位移不可忽视;峰值加速度相同时,不同类型的地震波对该结构的地震反应差别不大;峰值加速度出现的先后对结构的...     

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。