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。     

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。     

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.     

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。     

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。     

飘带形大跨屋盖风致响应振型耦合效应研究

推导出振型能量贡献系数计算方法,以某体育会展中心会展馆和体育场的飘带形大跨屋盖系统模型风洞试验结果为基础,由贡献系数挑选了主导振型,分析体育馆振型能量,提出振型背景位移响应与共振位移响应耦合系数的计算方法,并通过体育馆数值算例进行分析验证。结果表明:飘带形大跨屋盖中耦合系数的数值范围要比简单单层球面网壳大许多,在使用能量贡献法挑选振型时,忽略耦合效应时飘带结构响应产生的误差范围较大,需要进行模态补偿。     

某游泳跳水馆钢屋盖结构自振特性和风振动力响应分析

通过对某游泳跳水馆屋盖结构体系的频率和模态分析发现 ,此类斜拉筒壳结构的自振频率密集 ,振型分布很有规律。根据不同模态对整个结构在脉动风作用下应变能的贡献多少来定义模态对结构风振响应的贡献 ,对此屋盖结构选取前 2 0阶振型进行风振响应分析 ,得到了各阶振型对系统能量的贡献 ,对此屋盖结构 ,考虑前 2 0阶振型的影响 ,可满足结构设计的需要 ,但必须考虑各振型之间的耦合。     

考虑屋面板自振效应和流固耦合效应的大跨度空间结构风振系数

为了得到屋面板自振效应和流固耦合效应对大跨度空间结构风振系数的影响,首先对不同风速时程数值模拟方法的计算效率和计算精度进行比较,确定适合大跨度空间结构风速时程数值模拟的方法;分别针对考虑屋面板自振效应和流固耦合效应推导了风荷载计算公式;对天津奥林匹克中心体育场大跨度钢管桁架结构和某体育馆屋盖大跨度单层球面网壳结构进行风振系数计算分析。结果表明,考虑屋面板自振效应,结构风振系数增大;考虑流固耦合效应,结构风振系数减小,且风和结构的耦合起主要作用,风和屋面板耦合的影响很小,可忽略不计;同时考虑屋面板自振效应和流固耦合效应,结构风振系数分布规律基本不变,屋面板自振效应与流固耦合效应对结构风振系数的影响不能相互抵消,且对不同结构影响程度不同。     

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。     

泉州某高校游泳馆网壳屋盖自振特性及风振响应分析

通过对泉州某高校游泳馆网壳屋盖结构的自振特性分析和脉动风振响应计算,此结构振型密集,高阶振型对结构风振响应的影响不可忽视。在福建沿海的网架、网壳结构设计中,风荷载多是此大跨钢结构的控制荷载,特别要考虑脉动风振效应,以保证结构的抗风安全。     

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。     

基于一致耦合法某大型博物馆结构风致响应精细化研究

针对传统三分量方法中采用SRSS组合背景分量和共振分量获得脉动风总响应的局限,在结构动力学和随机振动理论基础上,推导出结构脉动风总响应的实际理论组合计算式,提出用于补偿背景分量和共振分量之间耦合项的一致耦合法来求解结构的风致响应。该方法从理论上适用于任一复杂柔性结构的风致响应精细化分析。以某大型自然博物馆柔性钢结构为例,采用一致耦合法以及改进的三分量方法进行风致响应计算,并与全模态完全二次型（CQC）法计算结果进行对比分析,结果表明：背景、共振及其交叉项分量均需考虑,其中又以共振分量为主导,并且共振模态之间的耦合效应显著,背景和共振分量之间的交叉项也不能忽略。一致耦合法具有较高的精度和稳定性,是此类结构风振响应机理分析的有效方法。     

风荷载作用下钢塔架的疲劳寿命预估

结构的风致振动使得结构产生围绕平均应力的脉动应力 ,它能导致结构的疲劳累积损伤 ,可能造成结构在低于设计风荷载的各种水平风荷载往复作用下而失效。由于风荷载是钢塔架等钢结构的主要荷载 ,风荷载作用下上述结构的疲劳寿命预估因而是至关重要的。在作了一些简化假设后 ,得到了钢塔架疲劳寿命。由于塔架结构的顺风向响应为宽带过程 ,在考虑了窄带共振响应和宽带背景响应后 ,用等效窄带法得到了其疲劳寿命的计算公式。最后给出了一个疲劳寿命计算的工程实例。     

Monitoring of dynamic behaviour of super-tall buildings during typhoons

This paper presents the field measurement results of the wind effects on two super-tall buildings (having height over 400 m) in Hong Kong during the passage of Typhoon Nesat in 2011. The field data such as wind speed, wind direction, structural acceleration and displacement responses were simultaneously recorded during the typhoon. Detailed analysis of the field data was conducted to investigate the wind field over an urban area, structural dynamic properties and wind-induced responses of the super-tall buildings. The typhoon-generated wind characteristics including turbulence intensity, gust factor and power spectral density of fluctuating wind speed were presented and discussed. The acceleration responses were analysed by Fourier transform to represent an averaged perspective over the records. Then, the wavelet transform was used to present time-frequency energy distributions of the structural vibrations. Instantaneous spectra were also presented for further discussions of the non-stationary signals. A high-pass Kaiser FIR digital filter was adopted to eliminate the multipath effects on the displacement responses recorded by global positioning system. Then, the resonant and background responses as well as their contributions to the total displacements were identified. Damping ratios of the high-rise structures were evaluated by the random decrement technique, which demonstrated amplitude-dependent characteristics. Finally, the serviceability performance of the super-tall buildings under wind actions with different return periods was estimated.     

等效静力风荷载背景和共振之间的耦合效应

在结构动力学和随机振动理论基础上,推导出结构脉动风总响应的实际理论组合公式,首次定义了耦合恢复力协方差矩阵这一参数,提出用于补偿背景和共振分量之间耦合项的一致耦合方法（CCM）来求解结构的总风致响应,并赋予等效静风荷载背景和共振耦合项以明确的物理含义。以某大跨屋盖结构为例,采用CCM法进行风致响应和等效静风荷载计算,通过与全模态完全二次型组合（CQC）计算结果进行对比分析,深入揭示了背景和共振耦合项的作用机理,验证了本文方法的高精度和有效性,为此类结构风致响应和等效静风荷载的精确求解和机理研究提供新的思路。     

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。     

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.     

单层球面网壳结构的风致响应分析

讨论完全二次型组合(CQC)方法和模态加速度法在单层球面网壳结构风致响应计算中的应用,对0.1矢跨比单层球面网壳采用同步多点压力扫描技术进行了风洞试验。根据由脉动风荷载和结构模态得到的广义力功率谱,分别用CQC法和平方-总和-开方法(SRSS)计算了结构的风致响应。检查不同模态数对响应精度的影响以及模态响应分量的相关性,发现SRSS方法对这类结构并不合适,不同模态响应之间的相关性未被考虑在内。位移响应功率谱表明响应的共振分量是显著的,对某些节点甚至比背景分量更加重要。与传统的模态叠加法不同,模态加速度法中可以用剩余柔度的拟静态响应近似补偿截断的高阶模态对响应的贡献。     

通信角钢塔脉动风荷载模拟及风振响应分析

针对作用于通信角钢塔的风荷载特点,将风荷载中脉动风视为平稳的高斯随机过程.从随机理论出发,考虑空间相关性,采用谐波合成法模拟出脉动风荷载的时程曲线.所采用的人工模拟风速时程曲线可应用于一般高耸结构的脉动风荷载模拟,符合风速随机过程的一般统计特征且具有很好的随机性.最后以通信角钢塔为工程背景,建立有限元模型,采用ANSY...