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。     

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。     

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.     

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。     

鞍形索网等效静力风荷载研究

针对大跨度屋盖结构多振型参与振动的特点,提出了一套确定该类结构等效静力风荷载的精细化方法。该方法的流程包括风振响应分析和静力等效两个阶段,每个阶段又分为平均分量、背景分量和共振分量等3个部分分别进行研究。风振响应分析时,背景响应分析采用准静力方法;共振响应分析综合运用本征正交分解法(POD法)和Ritz向量直接叠加法。静力等效时,等效静力风荷载的背景分量采用荷载响应相关系数法分析,其共振分量表示为多个主要参与振型惯性力的组合。基于本文的分析方法,对一鞍形索网结构的风振响应和等效静力风荷载进行了研究,探讨了不同风向下、针对不同响应的等效静力风荷载分布情况。结果表明本文方法能够有效地分析大跨度屋盖结构的风振响应和等效静力风荷载,能够解决大跨度屋盖结构中多振型参与振动这一主要问题。     

大跨结构屋盖风致响应状态Newmark法

本文运用状态空间Newmark法,推导了大跨屋盖结构在时域内的随机风致响应和风振系数的计算方法。通过对一大跨平面空间网架结构的建模分析,计算得到了屋盖的随机风致动力响应时程,研究了屋盖的荷载风振系数和位移风振系数,分析比较了表面两种风振系数的分布特性和变化规律,研究结果可以作为大跨度网架屋盖风荷载设计的一种参考。     

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。     

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。     

重庆市袁家岗体育中心体育场风洞试验研究

袁家岗体育场对测压试验探讨了网壳上各分区平均风荷载随来流风向角的变化规律以及在各风向角下的表面风荷载的分布规律;测振模型试验分析了屋盖测点处位移随风向角的变化规律以及在最不利风向角下屋盖测点处竖向抖振位移全振幅随风速的变化规律,从而确定了该设计方案网壳屋盖的风载体型系数及风振系数.     

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。     

点式幕墙水平支撑结构风振系数计算

现行幕墙规范在脉动风的计算中采用阵风系数,但由于点支式玻璃幕墙在大跨度、超高层结构中得了广泛的应用,使得计算的结果与实际情况相差较大,针对这一情况,有研究提出以简支梁为基础进行对竖直放置的幕墙钢管桁架支撑结构进行风振系数计算,但是在多层大空间中庭结构中,很多采用的是水平布置的空间桁架支撑结构.针对这种幕墙支撑结构提出了新的风振系数计算公式,并利用数值仿真验算验证了公式的准确性.     

考虑随机风压场非高斯特性的大跨度膜屋盖风振响应

作用于大跨度膜屋盖结构上的随机风压场在统计意义上由高斯和非高斯区域构成。基于零记忆非线性转化法理论,提出了这种混合随机风压场的模拟方法,算例表明,生成的随机风压场样本能准确描述实验数据的各项统计特性。将生成的样本和利用传统方法生成的高斯随机风压样本作用于某膜屋盖结构,经风振时域分析后发现,高斯随机风压激励下结构部分构件的响应值比非高斯随机风压激励下的响应值低,这表明,随机风压荷载的非高斯特性不容忽视。文章还给出了结构不同构件的整体风振响应系数。     

国家体育场钢结构设计中的优化技术

针对国家体育场大跨度钢结构中存在用钢量较大的问题,通过对主结构和次结构的布置进行调整,使结构的受力性能与节点构造得到了改善;在板件应力状态分析的基础上,提出了适用于焊接薄壁箱形构件的设计方法;根据主结构与次结构受力的特点,提出合理确定杆件计算长度系数的方法;提出钢结构分段吊装方案,合理确定临时支撑塔架的位置,并考虑安装顺序对结构抗震性能的影响;通过合理选用新型中国产高强钢材,有效地控制了结构自重;在ANSYS软件平台上开发了设计与优化功能,以满足国家体育场复杂大跨度钢结构设计的需求;通过多种布索方案的综合比较,对采用预应力技术的可行性进行了深入的研究。通过对多种优化方法的研究与应用,有效地减小了国家体育场大跨度钢结构的用钢量,并取得了显著的技术进步及社会经济效益。     

平屋盖围护构件设计风荷载研究

GB 50009-2012《建筑结构荷载规范》中未给出复杂体型且重要建筑物的风荷载局部体型系数,此类建筑物的风荷载需通过风洞试验确定。基于此,提出了基于风洞试验的围护构件设计风荷载计算方法,将规范中阵风系数与局部体型系数的乘积修改为局部体型系数与脉动风压系数极值之和的形式,称为风压系数极值。提出的围护构件设计风荷载计算方法不仅适用于迎风面围护构件设计风荷载的计算,也适用于气流分离区围护构件设计风荷载的计算。在脉动风压系数极值的计算中,考虑了气流分离区非正态风压时程的特性,采用非正态峰值因子的简化计算式,可简便确定非正态风压时程的峰值因子。以平屋盖围护构件设计风荷载的确定过程为例,对比了我国规范方法与文中方法的异同,提出了平屋盖围护构件风压系数极值的设计建议值。结果表明,采用文中提出的围护构件设计风荷载计算方法,基于风洞试验数据可确定气流分离区围护构件的设计风荷载,采用日本风荷载规范的屋盖风荷载分区方法是合理的;采用风洞试验得到的局部体型系数,套用GB 50009-2012规范方法确定气流分离区围护构件的设计风荷载,可能严重低估风荷载取值。     

基于虚拟激励法的大跨空间结构风振系数研究

通过运用虚拟激励法和对一大跨度平面空间网架的建模分析,研究了屋盖荷载风振系数和位移风振系数,分析比较了结构表面两种风振系数的分布特性和变化规律,研究结果可以作为大跨度网架屋盖风荷载设计的一种参考。     

上海地区近地台风与季风湍流特性对比研究

为了研究上海地区近地台风与季风湍流特性的差异,基于高度10、20、30、40m处上海浦东风工程实测基地获得的风速风向数据,对台风“梅花”与季风作用下浦东地区近地湍流特性进行了对比分析。结果表明：台风“梅花”和季风作用下近地湍流度和阵风因子均随平均风速的增大而减小,不同的是前者变化速率随平均风速的增大而减小,而后者变化速率基本不变;相同高度处季风作用下各向湍流度和阵风因子均大于台风“梅花”作用下的结果,并给出了湍流度和阵风因子剖面的经验表达式;季风和台风影响下自相关系数均随迟滞时间的增大而逐渐减小,且高度越高衰减速率越慢,在相同高度处台风下的衰减速率明显比季风的大。     

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。     

结构顺风向风振的规范表达式及有关问题的分析

基于结构随机振动理论 ,可导出顺风向风振时各类风响应。对于响应以第 1振型为主的高耸结构等结构 ,常以先求风振系数再求各类风响应较为方便。风振系数国内外有不同的表达式。结合我国荷载规范风振系数表达式 ,可推出与Davenport风振系数完全相同的表达式 ,以及任何其他表达式。对在应用结构随机振动理论推导时常见的错误加以分析。展望了 2 1世纪风振研究的发展和变化     

大跨屋盖结构下压风荷载确定方法与实例分析

介绍了几种大跨度屋盖结构下压风荷载的计算方法,并以某大型体育场屋盖为例,通过引入峰值因子和位移匹配度判据,分析了等效荷载作用下位移响应值和空间分布的合理性。研究结果表明,按比例放大的阵风荷载因子法和动力放大系数法,当计算基准值较小时,得出的放大倍数过高,将导致除等效目标之外的响应值被高估。采用准静态荷载与均匀分布附加风振力的线性叠加方法得出的等效荷载将给出较为合理的位移响应值,其中又以结合LRC方法的等效荷载位移匹配度最高。此外,研究表明若不考虑风洞试验结果,按体型系数+0.2在半跨屋盖上作用均匀风荷载,也能给出基本合理、工程上可用的下压风荷载。     

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...