某高层建筑结构风致响应干扰效应研究

结合某高层建筑风洞模型试验,详细分析了不同工况下结构的风致响应,对干扰效应进行了深入研究。结果表明:基底弯矩的干扰效应主要表现为遮挡效应,遮挡使峰值弯矩减小,但是干扰位于侧风向或者下风向时,有可能使结构的峰值弯矩增大。受扰后,基底弯矩背景分量的变化规律与平均分量较为类似,共振分量的变化规律不明显。峰值加速度受扰后的变化也没有规律性。     

基于PPP技术监测高层建筑风致动态响应

针对GPS精密单点定位(PPP)技术的诸多优点,将其应用到高层建筑风致动态监测中。通过对实际工程监测数据的分析,得出PPP监测动态变形新方法与已有的GPS差分法和传统的加速度器法在高层建筑模态参数识别及振动变形监测方面具有良好的数值一致性。研究表明PPP技术在大型构筑物健康变形监测中具有可行性及应用前景。     

超高层建筑风致响应及等效静力风荷载研究

以重庆宾馆为工程背景,制作了缩尺比为1∶300的试验模型,并进行了刚性模型同步测压风洞试验,采集了重庆宾馆建筑表面的脉动风压时程。风洞试验包括有周边建筑和无周边建筑两类工况。采用风洞试验的脉动风压时程数据,考虑该高层建筑2个主轴方向的前4阶弯曲模态,进行了其风致响应研究,得到了建筑顶部的位移响应和加速度响应,并进行了人体舒适度验算。采用惯性风荷载法,研究了建筑主轴方向的等效静力风荷载。结果表明:对于高度为300m的混凝土高层建筑,仅考虑1阶模态进行风致响应分析,位移响应能满足工程精度的要求,但加速度响应误差较大,至少应考虑前4阶模态;重庆宾馆10年重现期下建筑顶部的峰值加速度为0.144m/s2,满足舒适度限制要求;横风向平均风荷载较小,但惯性风荷载较大。     

均匀风场中矩形单体高层建筑风致响应的阻塞效应

在闭口回流式风洞TJ-2中分别对阻塞度为4.1%,6.1%,8.4%,10.1%的单体高层建筑刚性模型进行了测压试验,根据风洞试验结果,选取3种典型结构进行响应计算,以研究阻塞效应对不同结构风致响应的影响。对结构顶部位移和加速度、基底剪力、等效静力风荷载进行了细致分析。结果表明:各结构顺风向顶部位移和基底剪力平均值的阻塞效应较为接近,但顺风向、横风向顶部位移、加速度和基底剪力均方根的阻塞效应较为显著,且差别较大。随着阻塞度的增大,结构质量越轻、刚度越柔,横风向顶部位移、加速度和基底剪力的均方根的阻塞效应均有所降低。各结构顺风向等效静力风荷载峰值在顶部和底部处的阻塞效应较为明显。结构质量越轻,刚度越柔,建筑顶部附近的顺风向等效静力风荷载峰值的阻塞效应增强,而横风向等效静力风荷载峰值的阻塞效应减弱。     

外伸端板连接钢框架抗震性能试验研究

通过对外伸端板半刚性高强螺栓连接钢框架在低周往复荷载作用下的试验,研究该类型结构的破坏形态、变形性能、骨架曲线、延性等,分析了外伸端板半刚性高强螺栓连接钢框架的受力特点及抗震性能。     

矩形高层建筑横风向风振响应简化计算

基于风洞试验数据和随机振动理论,本文提出了矩形高层建筑横风向风振响应简化计算公式,这些简化公式的提出将求高层建筑横风向风振响应的复杂积分变为方便的代数运算。本文应用这些简化公式对大量的矩形高层建筑实例进行了计算、分析。将本文提出的简化公式计算结果与积分计算结果比较,相对误差基本上在5%以内,因此本文提出的公式有较高的精度。用本文简化公式计算得到的高层建筑横风向风振响应与日本建筑荷载规范、加拿大国家建筑规范计算得到的横风向风振响应比较,总体上差异较小。由于本文提出的简化公式所依据的风洞试验模型和数据较为精细,因此本文简化公式有相当高的可靠性与合理性。     

基于气动弹性模型的曼型干式煤气柜风致响应风洞试验研究

为了对煤气柜进行风致响应分析,根据风洞试验相似准则,设计制作了曼型干式煤气柜气动弹性模型,并对煤气柜模型动力特性进行试测。在此基础上,详细分析了煤气柜在不同工况下的风致响应。结果表明:煤气柜气动弹性模型能够准确模拟原型结构动力特性;活塞位置对煤气柜位移响应的影响显著,位移响应最大值发生在活塞处于低位时,迎风面柜体的2/3高度处;试验风速对活塞邻近测点位移响应的影响有限,对与活塞相距较远测点位移响应的影响明显;活塞的存在对柜体风振系数起到抑制作用,但总体而言煤气柜风振系数沿子午向从上至下逐渐增大。结合试验结果给出了煤气柜风振系数计算式。     

外伸端板半刚性连接的初始刚度研究

钢结构中的梁柱节点并不是完全刚接或者完全铰接,而是属于半刚性连接.针对外伸端板半刚性连接,利用组件法推导其初始刚度的预测计算公式,并利用已有的试验数据验证其正确性,为实际工程中的应用奠定了理论基础.     

外伸端板连接节点抗连续倒塌性能研究

基于ANSYS有限元分析软件,建立了外伸端板连接节点模型,分析了半刚性节点在连续倒塌中的力学性能,基于该模型进行了外伸端板连接节点抗连续倒塌能力影响因素的参数分析,为相关设计提供参考。     

大高宽比方形截面高层建筑的横风向风荷载及风致响应研究

基于一栋高层建筑的刚性模型表面压力测量风洞试验数据,分析了高宽比较大且截面为方形的高层建筑横风向风效应的共同特征。得到如下结论:高层建筑横截面为方形时,其横风向风荷载主要由规则性旋涡脱落导致的尾流激励构成,为窄带随机激励;当高层建筑的高宽比较大时,基阶固有频率相对较低;当高层建筑兼具方形截面和大高宽比这两个特征时,其基阶固有频率可能接近其尾流的旋涡脱落频率,从而发生剧烈的横风向涡激共振。建筑结构截面的小幅增大可使这种剧烈的横风向涡激共振得到有效控制。上部外形的适当处理,也可能有效降低高层建筑的横风向等效风荷载。低矮群楼的出现将在一定程度上影响高层建筑的风荷载。     

外伸端板半刚性节点在循环荷载作用下的研究

介绍了钢框架梁柱采用梁端外伸端板与柱翼缘之间高强螺栓连接的半刚性节点在循环往复荷载作用下的试验过程和结果 .分析了四种不同形式节点的承载能力和延性特征 .依据试验结果 ,对半刚性节点提出了增加节点延性、防止脆性破坏的构造措施 ,为钢框架梁柱半刚性节点的设计提供了试验依据 .     

活塞位置对大型煤气柜风致响应的影响研究

大型煤气柜是重要的储存煤气的装置,其结构任意变形都可能引起设备故障。与一般结构不同,根据储气量的大小,煤气柜结构活塞的位置不断变化,这样使得结构的动力特性与风致响应发生变化,基于刚性模型表面测压风洞试验,得到了大型煤气柜表面风荷载时程,进而通过有限元方法和随机振动原理进行了活塞处于不同位置的结构风致响应。文章分析了活塞位置对煤气柜风致响应的影响,得到了一些有用的结论。     

竖向外伸肋板对高层建筑气动力特性影响的试验研究

为研究建筑外表面竖向外伸肋板对高层建筑气动力的影响,试验中采用了1个未设置肋板的参考模型和4个不同肋板布置形式的研究模型,通过模型测压风洞试验,获得了不同风向角下各模型的表面风压,进而对比分析了各模型的基底弯矩系数和层风力系数。试验结果表明：在所有试验模型中,外伸宽度d(d=7.5%D,D为模型长度)较小且靠近建筑边缘(b=15%B,b为肋板与模型边缘距离,B为模型宽度)的竖向肋板可以有效降低横风向脉动层风力系数,最大降幅为40.17%;竖向肋板可以有效降低基底弯矩系数的极值,顺风向和横风向的基底弯矩系数极值最大降幅分别为28.64%和39.02%。通过对比横风向气动基底弯矩功率谱密度发现,无肋板参考模型与加肋板模型的功率谱密度接近,说明竖向肋板的作用并非改变横风向脉动风荷载的能量分布,而是降低其强度;通过研究基底弯矩的相平面轨迹发现,当竖向肋板外伸宽度较小时,顺风向和横风向基底弯矩相关性随着竖向肋板外伸宽度的增大而增强。总体上,通过合理的竖向肋板布置能够取得较为显著的气动优化效果。     

偏转风场下方形截面超高层建筑风致响应与气弹效应研究

超高层建筑具有轻质高柔的特点,强风作用下其气弹效应明显;且水平风向角沿高度偏转,导致超高层建筑的风荷载和风致响应与不考虑风向偏转时有明显不同。为此,完成了风向偏转角为25°的偏转风场及其无偏等效风场下一方形截面千米级超高层建筑的气弹模型试验,基于试验所得的模型顶点加速度时程,结合Hilbert-Huang变换方法和改进的随机减量法识别了气动阻尼比,对比分析了风向角、折减风速和有无风向偏转对气动阻尼比、极值加速度、涡激共振临界风速和锁定区的影响规律,探究了偏转风作用下千米级超高层建筑的风致响应、气弹效应和涡激振动等特性。研究结果表明：风向角对气动阻尼比和极值加速度影响较大,会显著改变其变化规律和涡激共振临界风速;基于频域分析所得的涡激共振临界风速小于由气动阻尼比或极值加速度确定的涡激共振临界风速,表明后者所反映的涡激共振特性具有滞后性,将导致结构不安全;相比无偏等效风作用,偏转风作用下水平向气动阻尼比较大,结构的顶点极值加速度较小,角部极值加速度的最大降幅可达38.3%。     

火灾中外伸端板节点的弹簧模型和试验研究

为得到外伸端板节点的抗火性能,采用火灾试验炉对4个足尺H型钢进行了火灾行为的研究。从试验中得到了外伸端板节点试件的破坏特征和破坏模式。通过比较有无加劲肋以及不同厚度的端板的节点的抗火能力,分析了加劲肋和端板厚度对节点抗火能力的影响。此外,还描述了弹簧模型,用于预测外伸端板钢节点在高温下的性能。节点构成被认为由预先设定力学性能的弹簧构成,例如,刚度和强度。高温下的节点响应可以通过汇集构成、刚度和强度来预测,而刚度和强度的下降由中国现行的钢结构火灾安全技术规范建议的升温过程来设定。结果表明,模型计算结果与试验数据很吻合。     

端板初始变形对外伸式端板连接性能的影响

针对门式刚架外伸式无肋端板连接中端板普遍存在初始变形的问题 ,采用有限元法对有初始变形的典型端板连接做了模拟分析 ,重点研究了端板初始变形对连接的内力、变形等性能的影响 ,并结合工程实际提出了设计建议     

横风向响应的气动弹性模型风洞试验研究

应用国际通用的CAARC模型进行了多自由度气动弹性模型在模拟风场中响应的试验,分析了结构在不同风速与不同风向角下的横风向响应变化规律,其结果可供高层建筑结构风振响应理论研究参考.     

外伸端板中节点火灾行为的试验研究

采用自行研制的火灾试验炉对3个中节点试件进行了抗火试验。试件采用足尺形式,柱长3 000mm,单侧梁长1 350mm。通过试验,得到了节点在同一荷载不同温度下的温度-转角关系。试验表明,端板连接具有良好的延性和抗火能力,节点的极限转角都超过了0.03rad;端板厚度对节点破坏温度和破坏时的极限转角影响不大;柱腹板设加劲肋可以明显提高节点的破坏温度和极限转角。最后根据试验结果提出了设计和施工建议。     

考虑二阶振型的矩形高层建筑横风向风振响应简化计算

随着高层建筑高度的增加和自振频率的降低,二阶振型对高层建筑风振响应的贡献增大。通过大量算例分析了二阶振型对高层建筑横风向风振响应的贡献,计算结果表明,二阶振型对超高层建筑横风向动力位移响应的贡献较小,但是对高层建筑横风向加速度响应的贡献不容忽视,在对超高层建筑抗风舒适度评估时,应该考虑二阶振型的贡献。在此基础上,基于风洞试验数据和随机振动理论,建立了考虑二阶振型贡献的矩形高层建筑横风向风振响应简化计算式。将提出的简化式计算结果与积分计算结果比较,其误差在5％以内,证明了该计算式具有较高的精度。     

混凝土翼板外伸锚固对梁柱端板连接半刚性组合边节点抗弯承载力的影响

为了研究混凝土翼板外伸锚固对梁柱端板连接半刚性组合边节点抗弯承载力的影响,运用组件法和弹塑性理论提出了正负弯矩作用下混凝土翼板外伸锚固对梁柱端板连接半刚性组合边节点抗弯承载力影响的计算公式。通过与试验结果对比表明,计算值与试验值吻合较好,该计算公式可用于梁柱端板连接半刚性组合边节点刚性的判断和参数研究。