援莫桑比克国家体育场风荷载相干函数与风致响应分析

援莫桑比克国家体育场屋盖为典型的钢结构大跨度悬挑屋盖,风荷载为其结构设计的主要控制荷载.通过刚性模型表面测压风洞试验,得到了体育场屋盖的风压时程,并以此为基础,计算了屋盖表面各测点的风荷载相干函数,分析了屋盖结构不同区域测点之间表面风荷载相干函数的变化规律.另外,利用结构有限元模型,使用频域方法计算得到了结构的位移与内力均方根响应,分析了屋盖表面风荷载相干函数对风致位移和内力响应的影响以及振型数量和振型交叉项对屋盖风致位移和内力响应的贡献.结果分析表明,在进行结构风致响应计算时,不考虑各测点之间的相干函数,会低估结构的风振响应,不考虑结构振型交叉项的影响,也会导致计算结果较大的误差.     

Ritz-POD法及其在大跨度屋盖结构风振分析中的应用

目的提出在频域内分析大跨度屋盖结构风致动力响应的新方法——Ritz—POD法，克服传统Ritz向量叠加法的不足，完善Ritz向量叠加法在大跨度屋盖结构风振响应分析中的应用问题．方法将Ritz向量叠加法和本征正交分解法（POD）相结合，用POD得到脉动风压的前几阶本征模态及相应的荷载中心频率，生成考虑多荷载空间分布模式及荷载频率影响的Ritz向量．结果利用Ritz—POD法分析一单层球面网壳的风振响应表明，仅用前5阶本征模态就能较好地描述脉动风压的空间分布形式（约为70％～80％），合理确定外荷载空间分布模式的重要性要比考虑外荷载频率影响更为显著．结论用Ritz—POD法能够合理给出脉动风荷载的空间分布模式，并有效考虑外荷载频率对结构动力响应的影响，可用少量阶数的Ritz向量即可得到较准确的风振响应，显著提高了计算效率，并且该方法包含了结构的主要贡献模态．     

求解建筑结构风致抖振问题的方法分析

求解建筑结构风致抖振问题有两种方法:一是新近发展的基于背景和共振分量的Holmes方法，二是传统的适用于求解动力问题的模态迭加法.为分析这两种方法内在的联系和区别，从方法原理和计算过程角度，相互对照两者在求解风致响应和等效风荷载时对背景和共振分量的具体计算方法，并通过主次梁体系屋盖的实例进行对比研究.实例分析发现，对于风致响应，两种方法得到的结果一致，但对于不同的响应类型，模态迭加法需考虑不同的模态阶数；对于等效风荷载，模态迭加法得到的结果是Holmes方法结果的逼近和近似，当模态迭加法采用的模态阶数越高时，两种方法结果之间的差异就越小.     

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。     

大跨开孔结构屋盖风致响应分析的多模态精细时程积分法

大跨空间结构在灾害天气时，风从孔口处涌入，屋盖容易在内、外压共同作用下产生破坏.结合模态解耦原理和精细时程积分法，提出了多模态精细时程积分法，并推导了大跨屋盖风致响应与风效应系数的计算公式.通过大跨屋盖刚性和气弹模型风洞试验，计算了屋盖的风致动力响应时程，其结果与有限元分析吻合，验证了多模态精细时程积分法的正确性.分析了大跨屋盖跨中位移平均值、位移均方根值和加速度均方根值的分布，得出了大跨屋盖风致破坏的机理，指出高阶振型对大跨屋盖结构的风致响应的贡献不可忽略.计算比较了在四周封闭和突然开孔2种情况下的荷载风效应系数和位移风效应系数，结果表明多模态精细时程积分法是一种高效、快速、准确的大跨屋盖风致响应计算方法.     

封闭式屋盖结构风致响应理论与试验

为了研究封闭式屋盖结构的风致响应特性,用理论方法与风洞试验进行定性与定量分析.在传统模态分析法的基础上考虑结构内压与屋盖的耦合作用,推出了模态空间不独立的频响函数矩阵来描述屋盖的风致响应特性,通过算例分析了内压对封闭式屋盖风致响应的影响机理,并对钢网架平屋盖位移响应和加速度响应在内压影响下的变化进行了参数分析.采用预应力张拉结构体系设计制作了可调刚度屋盖结构的气动弹性模型,在风洞试验中进行屋盖加速度响应的测定,试验结果与理论分析结果较为吻合.研究结果表明,考虑内压后封闭式屋盖结构的风致响应会有所减小,而墙面孔隙率与气承刚度系数是影响封闭式屋盖风致响应的重要因素.     

大跨度屋盖风振计算的软件实现

大跨度屋盖结构的荷载风振系数和风压计算具有庞大的工作量．本文综合考虑水平风和竖向风的作用，应用频域法对屋盖结构风振特性进行了分析，编制了可以与结构有限元计算软件衔接的考虑多阶模态组合的风振风压计算软件．经实例分析验证，大大提高了设计的效率和精度，效果良好。     

桅杆结构二维动力风荷载的等效线性识别方法

桅杆结构因微风作用而导致的疲劳破坏时有发生,了解结构所受的实际动力风荷载是研究结构风致疲劳的一个前提.文中以桅杆结构为例,阐述了高耸结构动力风荷载反演的思路,建立了桅杆结构二维动力风荷载等效线性识别的模型.采用基于模态分析法的动态荷载识别方法和基于精细时程积分法的精细模态识别法,利用结构在模拟风荷载下有限点的动力响应反演了作用在结构上的动态荷载.算例仿真的结果表明,文中的方法可以满足桅杆结构荷载识别的要求.     

大跨悬挑屋盖风振响应参与模态分析

根据援巴哈马体育场和援几内亚体育场主看台悬挑屋盖风洞试验数据结果,分析和探讨了采用频域分析法计算大跨度悬挑屋盖风振响应时应考虑的结构模态数和频率范围,得到强风作用下悬挑屋盖结构均方根位移与内力响应随参与计算的模态数和频率范围的变化规律,并从屋盖表面测点风压谱密度的角度解释了这种变化规律。     

大跨度屋盖结构等效静风荷载分析方法及应用

将大跨度屋盖结构等效静风荷载分为平均分量、背景分量和共振分量3个部分.以荷载响应相关系数法为基础,结合本征正交分解法,用脉动风荷载的本征模态表示等效静风荷载的背景分量,用主导振型的惯性力表示等效静风荷载的共振分量.进一步提出2个重要指标,选择最主要的本征模态和结构振型表示等效静风荷载,建立荷载模态、结构振型和等效静风荷载之间的联系.将该方法用于一单层球面网壳,计算结果验证了该方法的可靠性.     

开孔大跨屋盖结构的内部风效应研究

结合广州航空邮件处理中心风洞试验研究了开孔大跨屋盖结构的内部风效应。分析了风致平
均内压和脉动内压的特性及产生机理，给出了估算平均内压和脉动内压的理论方法，并对典型工况的平均
内压进行了验算，试验结果与理论吻合较好。采用有限元时程分析方法对大跨网架进行了动力计算，探讨
了墙面开孔对屋盖风振响应的影响。结果表明，墙面开孔会大幅增加屋盖的静动力风荷载，以风压指标的
增幅来考虑开孔效应更具现实意义。     

直立锁缝屋面系统风致破坏全过程研究

直立锁缝屋面系统广泛应用于厂房、车站、体育场馆等大型建筑中,但由于自重轻、柔性大,在强风作用下很容易发生局部损伤及整体破坏,探讨这类屋面系统的风致破坏模式和失效机理,以便提出有效的抗风措施很有必要.本文进行了足尺试验并结合精细有限元方法,对直立锁缝屋面系统在风荷载作用下的变形发展,直到局部屈曲,再到最终破坏的全过程进行...     

大跨网架屋盖结构风振响应的模拟分析

根据空间风场模拟技术和结构随机振动理论，运用MATLAB编制了大跨网架屋盖上各点风速模拟程序，结合ANSYS动力分析模块和APDL参数化设计语言的二次开发，对体育中心网架钢屋盖进行了风振响应的时程模拟分析。结果表明，该方法能合理而准确地反映大跨网架屋盖结构在风场作用下的响应，可用于工程设计。     

封闭式大跨屋盖气弹模型风洞试验的气承刚度模拟

通过气弹模型风洞试验与理论分析,研究气承刚度相似性模拟对封闭式大跨屋盖气弹模型设计的关键意义.设计制作了平屋盖气动弹性模型进行四周封闭与迎风面突然开孔两种状况下屋盖风振响应的风洞试验,在对加速度响应谱的对比分析中,发现四周封闭气弹模型受脉动风激励时一阶模态出现大幅度移频现象,经分析后得出模型内部气承刚度与屋盖刚度相似关系的不匹配是导致这一现象的主要原因.根据气承力的相似性原理导出了气承刚度相似性模拟的理论公式从而进一步阐释了试验结果.研究表明,在封闭式大跨屋盖气弹模型设计中必须考虑气承刚度的相似性模拟,而调节模型内部容积则是模拟气承刚度最为有效的措施.     

大跨平屋盖风致破坏开口附近的风压变化

利用计算流体动力学(CFD)软件CFX11.0,采用基于雷诺平均(RANS)方法的SSTk-ω湍流模型对大跨度平屋盖风致破坏过程进行了二维数值模拟,研究了风致连续破坏过程中屋盖开口附近风压系数的变化规律。结果表明,大跨度屋盖迎风边缘部位的风吸力最大,屋盖的风致破坏往往由这些部位开始。屋盖破坏过程中破坏开口边缘处风压发生较大变化,这是屋盖风致连续破坏的主要原因。此外,结构前后入口的大小也对破坏开口外表面风压系数分布规律有较大影响。文中定性地对屋盖结构风致破坏过程进行了数值模拟分析,可为大跨度屋盖局部抗风设计提供参考。     

大跨度屋盖风振控制的遗传算法研究

对大跨度屋盖的遗传算法风振控制进行了研究,提出了一种采用主动调谐质量阻尼器(ATMD)进行风振控制的方法.首先介绍了风振控制理论,然后提出了大跨度屋盖风振控制的遗传算法,将位移和加速度响应均方差作为了控制效率的评价标准,并给出了该方法的实施步骤.最后将该方法应用于一大跨度平屋盖的风振控制,计算了屋盖上典型测点的位移和加速度均方差值,并与采用其他控制方法的计算结果进行了比较.结果发现笔者提出的遗传算法控制器准确高效,其中位移和加速度均方差分别平均减少了53.8%和44.6%,结构竖向位移峰值平均减少65.7%,加速度峰值平均减少56.2%,有效地控制了屋盖结构的风振响应.结果证明遗传算法可以准确预测相关参数,进而有效地控制大跨度屋盖风振响应,为工程实践提供了相应参考.     

大庆石油学院体育馆屋面风荷载的风洞试验及CFD数值模拟

目的确定大庆石油学院体育馆屋面的平均风压系数，为该工程的结构抗风设计提供荷载依据，探讨采用CFD数值模拟技术来确定复杂体形建筑物表面平均风压分布的可靠性．方法对大庆石油学院体育馆屋面风荷载进行刚性模型风洞试验研究，并基于Fluent6．1软件平台，采用雷诺应力湍流模型（RSM）对屋面的平均风压进行了数值模拟．结果通过风洞试验，得到了体育馆屋盖表面的平均风压系数，并分析了屋面的风压分布特性，得出了最不利风向角和分区体型系数．通过CFD数值模拟研究，探讨了各种参数变化对平均风压计算结果的影响，并将计算结果与风洞试验数据进行对比，两者吻合较好．结论CFD数值模拟技术作为一种新型的研究方法为研究建筑物表面的静态风压分布规律提供了一种较为简便、快捷、低成本的途径。可较准确地模拟实际大跨度屋盖表面的平均风荷载．将CFD技术用于工程方案阶段的预研是一种较为安全稳妥的思路．     

基于ANSYS的大跨屋盖结构风振响应分析

风荷载是一种随机荷载.大跨屋盖结构风振响应的频域分析方法,是按照随机振动理论,建立了输入风荷载谱的特性与输出结构响应之间的直接关系来分析结构的随机振动响应.应用ANSYS软件谱分析中的PSD功能对一大跨平屋盖结构的风振响应进行了分析.