基于修正的广义风荷载谱的输电塔架风振系数计算方法

本文分析并指出了《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》(DL/T5154-2002)中关于计算输电塔风振系数条文中存在的问题,引进了基于输电塔气弹模型风洞试验数据得到的输电塔顺风向1阶广义风荷载谱模型,并对其进行了地貌和振型修正。详细推导了基于修正的输电塔1阶广义风荷载谱计算其风振系数的方法,采用该方法计算了某大跨越输电塔的风振系数,并且与基于准定常理论采用Daven-port谱和规范方法计算得到的风振系数进行比较,所得结论具有重要的参考价值,可以直接为输电线路工程设计提供借鉴。     

武汉体育馆钢结构屋盖风振响应分析

由于武汉体育馆结构动力特性表现为频率低且分布密集、阻尼小,因此研究多振型以及振型交叉项对风振响应的影响,会为其结构抗风安全评估提供重要依据.在风洞试验数据和结构有限元模型基础上,使用频域方法编写了屋盖结构的风振响应计算程序,首先计算出广义位移协方差矩阵,然后根据参与计算的振型数量和是否考虑振型交叉项的影响,计算出均方根位移响应与内力响应.对结果的分析表明:在屋盖结构的不同部位,振型与振型交叉项对风振响应的影响是不同的;振型对响应的贡献与振型位移以及脉动风荷载在该振型上所产生的能量有关;广义位移协方差可以表明振型间的相关性,其相关程度决定了振型交叉项对风振响应的贡献;可以利用振型应变能来选取风振响应计算中所需要考虑的振型阶数.     

格构式塔架风载体型系数的风洞试验研究

利用高频测力天平风洞试验分别得到了三种典型的格构式塔架的基底弯矩、基底剪力时程,在此基础上提出了格构式塔架的风载体型系数取值方法,进而计算出上述格构式塔架在不同工况下的风载体型系数.通过将风洞试验得到的结果与荷载规范的值进行对照,得到了一些有用的结论.     

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。     

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。     

扭转方向非理想振型的广义气动力谱修正

在扭转方向,结合脉动风荷载的相干函数,采用数值积分的方法计算得出了非理想振型对高层建筑广义气动力谱的修正公式,并通过刚性模型测压试验证实了该公式的可靠性。以振型指数为参数,本文讨论了非理想振型对高层建筑广义气动力谱的影响:当振型指数大于0时,修正系数均小于1,即理想振型的广义气动力谱均大于非理想振型的广义气动力谱,实际振型的计算结果是偏于保守的。基于理想振型得到的广义气动力谱,采用0.5的修正系数进行修正,可应用于建筑结构荷载规范所采用的振型。     

大跨度楼盖步行荷载作用的加速度反应谱研究

基于61人次2 204条实测的步行荷载曲线,提出了计算单人步行竖向荷载作用下大跨度楼盖加速度均方根响应的反应谱。以42m跨矩形板为研究对象,首先得到每条实测步行荷载的反应谱,在此基础上建立设计反应谱的分段表达式：对应于步行1阶主频范围的第1平台段（1.5~2.5Hz）、对应于步行2阶主频范围的第2平台段（3~5 Hz）,以及对应于步行高阶频率的曲线下降段（5~10 Hz）。给出了2个平台段不同保证率的代表值计算方法和下降段的数学表达式。进一步研究了高阶振型、边界条件、计算跨度等因素对反应谱的影响,并给出了对应的修正方法。给出了建议反应谱的使用步骤,并应用于4个实际楼盖结构。对比分析表明,楼盖的实测响应接近或略大于反应谱75%保证率的计算结果,但均小于95%保证率下的计算结果,所建议的反映谱方法可用于计算单人步行荷载作用下大跨楼盖的加速度响应。     

大跨度单层网壳结构风振响应的流固协同分析

风振计算是结构设计中的一项重要内容,该方法在进行复杂结构风振计算时的准确性值得商榷.利用风洞试验进行风振响应分析存在成本高、周期长、试验复杂等缺点.研究了运用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamic,CFD)中的非稳态计算,获取建筑物表面风荷载时程,通过网格数据插值,将风荷载直接作用于有限元模型的相应节点进行动力时程分析,提出了适合此类结构使用的风振系数简化计算公式.采用该方法对某一大跨单层悬索式网壳结构的风振响应进行了计算.结果表明,流体动力学与固体有限元程序之间的协同分析,不但支持不同软件不同节点之间的匹配,而且可以考虑自然风的时空相关性以及结构高阶振型的影响,更加精确地反映结构实际的风振情况.     

基于风洞试验的对称截面高层建筑三维等效静力风荷载研究

基于刚性模型表面测压风洞试验建立高层建筑三维风荷载模型,进而运用振型加速度法求解风振响应动力方程,得到了包含拟静力项和惯性力项的弹性力响应解,并推导了对称截面高层建筑顺风向、横风向和扭转向风致随机内力响应。在此基础上提出了基于内力响应等效的可考虑高阶振型贡献的对称截面高层建筑顺风向、横风向和扭转向等效静力风荷载计算方法。结合某一对称截面高层建筑工程实例,对采用上述方法计算得到的结构三维等效静力风荷载进行分析并与我国规范方法顺风向等效静力风荷载计算结果进行比较。结果表明,高层建筑结构抗风设计应该考虑三维等效静力风荷载,且二阶振型对高层建筑等效静力风荷载的贡献不可忽视。     

大缩尺比气弹模型风洞试验紊流积分尺度修正

风洞试验气弹模型缩尺比常选为1/300~1/800以满足紊流积分尺度相似要求,但一些复杂结构气弹模型实际缩尺比为1/40~1/100以减少模型加工难度及提高模型精度。这类大几何缩尺比造成紊流积分尺度的相似性严重偏离,必须对紊流积分尺度不相似时的风洞试验结果偏差进行修正。基于随机振动理论,推导了考虑1阶基本振型的顺风向风振响应及风振系数计算表达式。通过对一格构式输电塔风振响应分析,研究了顺风向紊流积分尺度Lxu对该结构风振响应的影响。研究结果表明：紊流积分尺度对结构抖振响应有显著影响,对峰值响应及风振系数影响也较大。对于该塔1/40大缩尺气弹模型风洞试验,由紊流积分尺度不相似带来的风振系数试验值的最大偏差可达27%,风振系数平均偏差也接近14%,试验结果偏保守。为便于应用,建议了较为通用的、由紊流积分尺度不相似引起的修正系数,这一修正系数随着结构阻尼比、结构频率与风谱卓越频率的比值（频率比）的增加而减小。     

格构式桅杆顺风向风振疲劳可靠性分析

本文首先研究了桅杆风振疲劳分析的风荷载、风振响应和疲劳损伤计算 ,并根据风洞试验结果得到了带宽修正系数 ,采用等效窄带法计算桅杆的疲劳寿命。通过引入三个对数正态分布随机变量来考虑桅杆疲劳分析过程中的不确定性 ,用Wirsching模型计算了一个格构式桅杆的疲劳可靠性 ,算例表明用可靠度指标对应桅杆疲劳寿命的表达形式更有参考意义     

POD在大跨屋盖风致响应计算中的应用

根据风洞试验同步多点压力扫描技术和本征正交分解方法重构作用于圆拱顶屋盖的脉动风力。对重构的脉动风荷载的时间历程曲线及其统计性质与实测风荷载进行比较。计算部分测压点上重构的风荷载的自功率谱、互功率谱及相干函数,并用实测荷载的功率谱作了检查。提出一种采用缩阶技术用完全二次型组合法计算大跨屋盖的风致响应的方法,这种方法利用少量本征模态计算缩阶的主坐标功率谱而得到脉动风荷载功率谱。为检验方法的效率,给出采用不同数目主坐标的圆拱顶屋盖部分节点竖向均方根位移的计算时间和计算误差,以及采用不同数目主坐标的缩阶技术得到的全部节点的竖向均方根位移响应的误差分布。     

X形超高层建筑层风激励谱计算模型研究

通过X形超高层建筑刚性模型多点同步测压风洞试验,研究高层建筑风荷载阻力系数和升力系数平均值、均方根值沿高度的变化规律,并与矩形高层建筑均方根升力系数进行比较.提出X形高层建筑顺风向与横风向动力风荷载功率谱密度函数、相干函数的计算模型,并根据风洞试验数据进行拟合计算,结果表明该计算模型与风洞试验结果吻合较好,可以以此为基础进行类似高层建筑顺风向与横风向动力响应的频域计算.     

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.     

典型截面超高层建筑风洞试验与荷载规范计算的等效静力风荷载比较分析

对椭圆形截面和矩形截面的两栋超高层建筑进行了风洞试验,获得了作用在结构上的气动力。在此基础上计算得到了用于结构设计的顺风向、横风向的等效静力风荷载及风振位移和加速度响应。基于《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2012)给出的方法计算了两栋高层建筑的等效静力风荷载,与风洞试验的结果进行了对比,并进一步讨论了振型的阶数对等效静力风荷载、风振位移和加速度响应的影响。     

某景观烟囱顺风向风振响应分析与风振系数确定

采用SAP2000软件建立了某景观烟囱的结构分析模型,输入风荷载时程进行风振响应分析。考虑了烟囱复杂外形和不规则质量分布,利用频域方法计算了烟囱第1阶振型的风振位移响应,并与时域方法的结果进行对比,二者吻合较好。分别采用阵风荷载因子法和惯性风荷载法计算了烟囱结构不同高度处的风振系数,并将基于该两种风振系数的等效静力风荷载分别作用在烟囱结构上,计算其顺风向位移响应并与精确值进行比较,结果表明其位移分布均符合真实响应。因此虽然上述两种方法得到的风振系数沿高度分布差别较大,但均能实现烟囱的风振位移等效,均是合理的。为工程应用方便,采用基于阵风荷载因子法的风振系数供结构设计使用。     

高耸钢塔结构风振响应分析

本文首先介绍了风荷载模拟基本理论,并按Davenport风速谱理论,借助数值分析软件MATLAB编制谐波叠加法程序,模拟了场地上不同高度处具有空间相关性的钢塔结构的脉动风荷载时程曲线。在模型降阶的基础上,将模拟得到的风荷载时程加到模型上,利用Newmark-β方法进行风振响应时域计算,通过SAP2000有限元软件模拟计算得到结构的风振响应。     

三管钢筋混凝土烟囱风振响应分析与结构方案评价

建立了一热电厂格构式三管钢筋混凝土烟囱结构的三种结构方案。将风荷载作为随机动力荷载 ,对三种方案进行了动力特性计算和风振响应分析 ;着重探讨了Davenport风谱对各结构方案风振响应的差异 ,并据此对各方案进行了分析和评价。     

新型索网体育场罩蓬风振响应频域分析

大跨索网结构节点数目庞大,在频域分析中不可能考虑结构全部振型,若考虑多阶振型的影响也难以包括所有主要贡献模态。结构往往存在对风振影响贡献较大的高阶振型,由于其频率高而容易被忽略。本文首次采用在频域内模态补偿法对索网罩蓬结构的风振响应进行模拟分析,克服了包含所有主要模态的困难。根据Davenport谱函数,计算结构传递函数、风激励特征值和广义位移响应谱密度,得出节点位移风振系数,并编制相关计算程序,通过索网罩蓬结构算列对本文采用方法的有效性进行了验证。     

基于脉动实测的输电塔风振响应简化分析

风荷载对输电塔起着控制作用。本文以800kV特高压输电塔为研究对象,通过环境脉动实测研究单塔顺风向风振响应。采用风速仪、SVSA软件同步测得塔顶风速及塔身各高度处加速度。根据实测结果采用MATLAB软件拟合结构一阶广义荷载谱,并基于等效静风荷载法简化分析顺风向风振响应。结果发现,拟合所得一阶广义荷载谱公式精度较高,简化分析方法与理论分析结果较为接近,能够满足工程需要。