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。     

大跨度屋盖结构等效静风荷载研究

有关等效静风荷载理论的研究，以往多针对高层、高耸结构展开。大跨度屋盖结构与高层、高耸结构形式相比，最大的不同在于要考虑多阶振型的影响。由此带来的问题有：对于结构的不同构件和不同响应类型，其等效原则不是惟一的；结构振动模式与荷载分布形态密切相关；如何考虑多阶振动模态的组合。针对以上3个问题，分别探讨了相应的解决思路，并初步给出了关于结构等效背景分量和等效共振分量的确定方法。研究表明：该方法在保证控制点等效的同时，还能使结构其他部位的等效响应更接近于实际可能出现的最不利响应，因而能够更加准确地反映出大跨度屋盖结构风振响应的本质特征。     

大跨度屋盖结构等效静力风荷载方法及应用

结构风致振动是控制大跨度屋盖结构设计的主要因素。大跨屋盖结构模态密集,风致振动有多模态参与并受模态交叉项影响的特性,这给建立大跨度屋盖结构等效静力风荷载的计算方法带来了很大的困难。本文基于计算共振分量的修正SRSS法,将LRC法和考虑模态耦合系数的惯性风荷载法相组合来表示等效静力风荷载。本文的方法能考虑模态之间相互耦合的情况,给出的等效静力风荷载具有明确的物理意义。最后将该方法运用于一个实际工程,检验了计算方法的精度。计算结果表明,本文方法和CQC法得到的响应值非常接近,最大误差约为3%,相对而言SRSS法的计算误差较大。     

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。     

大跨度屋盖结构抗风研究现状分析

对大跨度屋盖结构抗风研究现状进行分析,分别阐述相关风振响应计算方法和静力等效风荷载方法,并对其存在的问题进行分析.     

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。     

风振响应中选择主导振型的主动预测法

针对大跨度空间结构多振型参与结构振动的特点,提出一种在频域内分析该类结构风振响应的应变能主动预测法.该方法的基本原理是:以用应变能大小评价各振型在风振响应中的参与程度这一方法为基础,结合振型响应的简化分析方法,给出风振响应中各振型响应的应变能简化计算方法;根据各振型的响应谱特征,将大跨度空间结构分为由背景响应或共振响应占主导地位的两类结构,对每一类结构,定义应变能预测指标,该方法只需要简单的几个基本参数(如结构振型和风荷载信息)就可以快速计算各振型的应变能贡献大小,衡量各振型在风振响应中的参与程度,从而达到快捷选择大跨度空间结构风振响应中主导振型的目标,能够显著提高振型分解法的计算效率.最后,将该方法用于一单层球面网壳,结果表明:应变能主动预测法可以快捷、准确地选择风振响应中的主导振型,计算得到的节点位移响应谱和均方根响应与准确值吻合较好.     

大跨屋盖结构多目标等效静风荷载分析方法

针对大跨屋盖结构多振型参与风振的特点,提出一种多目标等效静风荷载确定方法。其基本思想是,分别建立多目标等效方程组和约束方程组,前者可获得与各等效目标吻合程度最好的解,后者是根据风荷载作用方向为垂直于建筑物表面的钝体空气动力学原理得到的风荷载各方向分量的关系,限制某些奇异荷载作用模式的出现,从而解决了大跨屋盖结构等效静风荷载研究中突出存在的多目标等效问题。结合两个典型大跨屋盖结构的风洞试验,对不同类型的结构响应进行了等效静风荷载分析,并将分析结果与采用单目标方法所得的结果进行对比,结果表明该方法得到的等效静风荷载作用下各类响应均与动力极值响应吻合良好,达到了以少量的等效静风荷载模式实现所有目标等效的目的,并且所得等效静风荷载分布较符合实际风荷载作用规律。     

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。     

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。     

大跨度屋盖结构的等效静风荷载

采用完全二次型组合(CQC)方法可以对复杂大跨度屋盖结构的风振响应做精确的分析,但由于此类结构存在模态密集、模态间耦合等问题,在等效静风荷载(ESWL)计算方面,适用于高层建筑结构顺风向抖振分析的阵风因子法对于此类结构并不适用,故ESWL的计算要复杂得多。本文结合刚性建筑模型的风洞同步多点测压试验,提出了测点影响系数(TIC)方法实现了测点风压系数向结点荷载的快捷转换,在采用CQC方法精确分析结构风振响应的基础上,将模态响应进行组合而形成一组等效的时变荷载,从而将原来复杂的动力学问题转换为简单的准静态问题,最后应用荷载响应相关(LRC)方法计算了结构的等效静风荷载。本文方法适用于任意复杂结构的ESWL计算,将其应用于某奥运场馆的风振分析和ESWL计算,结果显示了这种方法的有效性。     

基于响应时程的大跨度空间结构等效静风荷载分析方法

提出以特定时刻的瞬时风压分布为基础,计算大跨度空间结构等效静风荷载的基本方法。首先利用广义坐标合成法得到目标响应的时程,从中确定产生最大响应的时刻,再以该时刻的瞬时风压分布为基础,采用动力放大因子法或附加风振力法计算等效静风荷载。当采用附加风振力法将瞬时风压和附加风振力叠加时,可以得到与风压作用方向不同的等效静风荷载,避免了在某些情况下对风压的过度放大。为便于工程应用,根据精确的等效静风荷载计算式,将荷载中的准静态分量和附加风振力分离,提出了附加风振力的简化计算式。通过大型结构算例分析,证明采用上述方法可以给出合理的等效静风荷载分布,不但能够保证响应目标的等效,其他响应也符合真实情况。     

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...     

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。     

平面拱形桁架等效静风荷载研究

对矢跨比分别为1/4、1/6、1/8的3个拱形屋面进行了同步测压风洞试验,分析风荷载和结构参数对平面拱形桁架风振响应和等效静风荷载的影响规律。风洞试验结果表明, 0°风向时,高矢跨比屋面的最大负压幅值出现在屋顶,而低矢跨比的出现在迎风前缘。从方便工程应用的角度,采用简化振型函数表达针对结构多个位移和杆件应力响应的多目标等效静风荷载。在工程常用范围内,分析结构矢跨比、跨度、屋面质量、设计风速和风向等参数对中部和端部平面拱形桁架多目标等效静风荷载的影响,得到可用于指导该类结构抗风设计的等效静风荷载风压系数建议值,且经校核,在该等效静风荷载作用下的结构响应与实际动力响应极值吻合较好。     

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。     

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.