矩形高层建筑结构横向风振反应的分析计算

本文根据结构随机振动理论,考虑到国外有关规范中根据风洞试验数据提出的横风向脉动风压谱与足尺观测数据有差异的现象[1],根据已经得出的横向湍流脉动风压谱密度函数[2],提出了一个湍流脉动风压作用下结构横风向风振反应的计算方法供参考。采用本文中提出的风振反应计算方法可能不至于漏失结构在非共振风速时较大的风振反应值,从而不至于低估设计基准期内最大风速下的横风向风振加速度反应值。用本文提出的方法针对一个具体的工程实例计算了风振反应值,并与采用国外规范中现行方法的计算结果作了对比。计算结果表明,在出现设计基准期内最大风速时,结构湍流脉动风压诱发的横风向风振可能大于由国外现行规范中公式计算的风振反应值。     

利用人工模拟脉动风压计算高层建筑横风向风振动力反应时程

根据日本规范中提出的横风向脉动风力谱系数函数,利用人工模拟横风向脉动风压时程的方法,提出了一个矩形平面高层建筑横风向风振反应时程的计算方法.在计算过程由横风向脉动风压谱系数公式模拟了建筑结构横风向脉动风压过程,采用N ewm ark法计算了两幢建筑物顶部的横风向风振反应.计算结果表明:在横风向脉动风压的作用下,结构的风振反应以共振响应为主,非共振响应仅为次要的部分,这与谱分析法得出的结论是一致的,从而说明了计算结果的正确性.这对于正确估算结构的风振反应值,为高层建筑风振控制措施设计提供参考依据具有一定的意义.     

矩形高层建筑结构扭转风振反应时程的分析计算

根据Davenport脉动风速谱函数与日本规范中提出的横风向脉动风力谱系数函数模拟的顺风向与横风向脉动风压时程,采用Newmark法计算了一栋高68m的高层建筑物的风振扭转动力反应时程。计算时考虑了顺风向脉动风压与横风向脉动风压的联合作用。计算结果表明:结构扭转振动加速度响应以共振响应为主,非共振响应仅占次要的部分,这与谱分析法得出的结论是一致的,从而说明了计算结果的正确性。这对于正确估算结构的扭转风振反应值,为高层建筑风振控制措施设计提供参考依据是有一定意义的。     

利用人工模拟脉动风压计算高层建筑横风向风振动力反应时程

根据日本规范中提出的横风向脉动风力谱系数函数，利用人工模拟横风向脉动风压时程的方法，提出了一个矩形高层建筑横风向风振反应时程的计算方法供参考。采用Newmark法与Wilson-θ法计算了2栋建筑物顶部的横风向风振反应。计算结果表明，在横风向脉动风压的作用下，结构的风振反应以共振响应为主，非共振响应仅为次要的部分；这与谱分析法得出的结论是一致的；从而说明了计算结果的正确性。这对于正确估算结构的风振反应值，为高层建筑风振控制措施设计提供参考依据是有一定意义的。     

矩形高层建筑结构扭转风振反应的分析计算

本文应用结构随机振动理论,根据扭转运动方程提出了一个矩形高层建筑扭转风振反应的计算方法供参考。计算时同时考虑了顺风向脉动风压与横风向脉动风压的联合作用。计算结果表明,在设计风速时,结构角点处的切向加速度值小于横风向加速度值与顺风向加速度值。建筑物各表面上脉动风压之间的互相关对结构风振扭转的影响可以忽略不计。用作者提出的方法针对两个具体的工程实例计算了风振反应,并与日本规范公式及加拿大西安大略大学公式的计算结果作了对比。     

索膜屋盖结构横风向共振响应的时程分析方法

索膜屋盖结构的横风向共振问题与以往研究的高层 /高耸结构的横风向共振问题有较大区别。本文根据索膜屋盖结构的受力特点 ,发展了一种适合大跨索膜结构非线性横风向风振响应计算分析的方法 ,利用Newmark法和Newton Raphson法的思想推导了索膜结构在横风向风荷载作用下 ,结构的非线性动力增量平衡方程 ,并提出如何判别结构发生横风向共振的方法。文中还对有关参数的取值进行了讨论。最后本文利用ANSYS程序对某算例进行分析 ,得到其发生横风向共振时的风速     

高层建筑横风向与扭转风振力计算

高层建筑的风荷载应包括顺风向、横风向与扭转风荷载。根据风洞试验资料与随机振动理论,本文探讨并推导了横风向风振力与扭转风振力的计算方法与公式。在计算中分别考虑了风紊流与尾流激励对横风向风荷载与扭转风荷载的贡献。同时给出了方形横截面高层建筑横风向与扭转风振力计算用表。最后,实例计算表明,在工程设计中,高层建筑的横风向与扭转风振力是必须考虑的。     

超高层建筑横风向风振响应计算的响应谱法

根据超高层建筑横风向风振响应的特点,提出了超高层建筑横风向风振计算的响应谱法,相对于传统计算方法,响应谱法具有以下特点:(1)响应谱法基于横风向风荷载沿建筑高度分布的特征及随机振动理论分析计算结构响应,该方法直接对分析结果进行数据拟合,相比于传统方法只拟合建筑风荷载基底合力均方值及功率谱密度函数的特点,该方法减少了计算中间过程,减小了计算误差。(2)采用响应谱方法计算结构响应时,可以考虑多阶振型的贡献。(3)响应因子本质上是反映结构振动对准静态风荷载放大作用的响应谱,在应用上与地震作用计算方法类似,便于工程人员理解和应用。由于公式简单、易于理解,响应谱法具有较好的操作性,可为超高层建筑横风向抗风设计提供参考。     

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。     

某超高层建筑结构风致混合减振控制研究

为改善某高度为450 m的超高层建筑结构的风振舒适性,基于线性滤波法模拟研究了该结构顺风向和横风向脉动风荷载时程,采用非线性黏滞阻尼器和调频质量阻尼器相结合的混合减振技术对其开展了风致振动控制研究。结果表明,线性滤波法能够用于模拟超高层结构的脉动风荷载时程,模拟功率谱函数与目标功率谱具有良好的吻合性;混合减振技术不仅有效降低了该超高层建筑结构的风致振动反应,大量耗散风振输入能量,改善结构风振舒适度,而且充分利用结构自身资源设计了调频质量阻尼减振装置,既节省空间,又在一定程度上提高了结构的经济性。     

高耸塔架横风向动力风效应

在现行的荷载规范、高耸结构设计规范以及能源部颁发的《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》（ＳＤＧＪ９４－９０）中,对格构式塔架的横风向风振力均未作考虑。作者通过对气动弹性模型风洞试验和国外现场实测资料的分析,论证格构式塔架具有几乎与顺风向等同的横风向风振力,以期在设计中引起足够的重视,并且根据试验结果提出了横风向风振力的简化计算公式。     

Effects of attack angle on performance of actively controlled high-rise building motion

Wind loading on high-rise buildings is complicated in nature, especially when across-wind motion caused by the vortex shedding effect is considered. Hence, wind tunnel tests serve as a reliable alternative for research on wind-induced vibration. In this paper, a four degree-of-freedom scaled (1:300) model of a high-rise building equipped with an active mass driver (AMD) system is constructed in a wind tunnel to experimentally verify effects of the wind attack angle on performance of actively controlled wind-induced motion. Using a system identification technique, aero-elasticity induced by the vortex shedding effect in the across-wind direction is appropriately modeled for control. Several controllers are determined based on the Linear Quadratic Gaussian (LQG) theorem by which a dynamic output feedback equation using acceleration feedback is formed for practical consideration. Two LQG controllers, termed as two-state gain-scheduling controllers, are designed based on nominal systems constructed from along-wind and across-wind motions, and implemented on the building model based on the attack angle. Experimental results show that performance of the controller is remarkable and robust in reducing the responses of high-rise buildings under different attack angles of wind. The best performance is achieved under smaller attack angles, but it is slightly degraded when vortex shedding is most significant, i.e., for the across-wind motion.     

结构风振控制综合方程及简化实用方法研究

结构在风作用下可产生强烈的振动 ,振动可以是顺风向的 ,也可以是横风向的。为了减少振动 ,可采用振动控制方法来满足要求。本文对顺风向随机振动写出了结构振动控制统一的综合方程 ,对有关非线性问题作出了研讨 ,并提出一个简化实用方法。对横风向涡流脱落共振控制也作了分析     

超高层建筑风荷载的试验研究

超高层建筑的风致振动是结构设计的主要控制因素之一。但目前对横风向风荷载的研究远不能满足工程应用和规范制定的需要。本文应用高频动态测力天平技术,对常见的１３种典型断面的超高层建筑模型进行了不同风场条件下的风洞试验,研究了其风荷载,特别是横风向风荷载。结果表明,外形和风场对风荷载有很大的影响,而长细比对无量纲风荷载的影响甚微。本文最后给出的一阶横风向广义风力系数谱的拟合公式,可供规范修订参考。     

桅杆结构风洞试验研究

本文介绍了国内首次桅杆结构风洞试验,记录了格构式和单筒式桅杆模型的自振特性和风振响应测试结果。试验结果表明：①桅杆结构的非线性程度随风速的增大而增强;②桅杆结构在风振计算中应考虑多阶振型的影响,随着风速的加大,高振型的贡献增加;③在顺风荷载作用下,桅杆结构可能出现横风共振和混沌现象。     

基于大涡模拟的三维高层建筑结构气弹响应数值模拟

以宽高比为1∶6的方形截面高层建筑为研究对象,采用弱耦合分区交错算法,流体域采用大涡模拟方法,进行了紊流边界层风场内三维高层建筑结构多自由度模型的气弹数值模拟,计算中考虑了来流紊流,以及结构的顺、横风向响应。将结构静止时大涡模拟结果与刚性模型测压风洞试验进行比较,验证了该方法在准确预测结构风荷载方面的可行性。通过与气弹模型风洞试验结果的比较表明,本文数值分析方法可用于求解风与结构的相互作用,且具有较高的精度。进行了高折减风速下的气弹数值模拟,研究了结构顶部顺、横风向位移响应随折减风速的变化规律。结果表明：结构风振气弹响应主要为来流紊流引起的顺风向抖振和旋涡脱落引起的横风向涡激振动;折减风速较小时,结构顺、横风向位移振幅相当,且位移响应均相对较小;随着折减风速的增加,结构位移响应增大,横风向涡激振动逐渐占据主导地位,并经历了从“拍”到“涡激共振”的转化。     

国内外规范圆截面高耸结构横风向等效风荷载取值对比研究

圆截面高耸结构（烟囱）因涡激共振而发生破坏或损坏的例子屡见不鲜,显示现存各种荷载规范对圆截面高耸结构横风向设计荷载考虑不足。本文简要介绍了中国、日本、加拿大、欧洲等四种规范关于圆截面高耸结构横风向等效风荷载的计算方法,并结合-200m的高烟囱实例分析了四种规范计算结果的差异。研究表明,比较四种规范,中国规范偏不安全,我国圆截面高耸结构横风向涡振等效风荷载规范方法亟待完善。     

小截面建筑干扰下的高层建筑气动力及风致响应研究

上游来流经小截面施扰建筑可产生频率较高的漩涡,在较低的风速下会使受扰建筑发生涡激共振而受到较大的干扰作用。为此,通过同步测压风洞试验和风振响应计算,详细分析上游施扰建筑与下游受扰主建筑的截面宽度比为0.4时的受扰建筑基底气动弯矩、基底峰值弯矩响应以及结构顶部峰值加速度的干扰效应。结果表明：在B类和C类地貌风场下受扰建筑基底平均和脉动气动弯矩均表现为遮挡效应和弱放大效应,最大干扰系数仅为1.05;顺风向、横风向基底峰值弯矩响应和顶部峰值加速度的干扰效应都较基底平均和脉动气动弯矩的强;结构顶部峰值加速度的干扰效应明显强于基底峰值弯矩响应,其中在B类和C类地貌风场下的横风向峰值加速度均在串列位置(2b, 0)附近处呈现强放大效应,最大包络干扰系数分别为4.7和3.03。进一步对尾流涡激共振的干扰机理研究表明,基底峰值弯矩响应和结构顶部峰值加速度响应的放大效应干扰机理是一致的。对于受小截面施扰建筑影响的情况,仅分析气动力的干扰效应是不够的,必须考虑不同折算风速下的荷载响应包络干扰效应。