北京A380机库风洞试验及风振响应分析

北京A380机库的抗风设计是结构设计中一项重要内容.通过对该机库风洞试验结果的分析,得到在不同工况、不同风向角下机库屋盖上、下表面和墙体内、外表面的风压分布特点,以及低矮女儿墙对超大跨度平屋面风压分布的影响.A380机库结构跨度大,一边有大开口,其屋盖结构竖向刚度弱,对风振比较敏感.采用时域法分析A380机库屋盖结构的风振响应,研究其在脉动风作用下的响应特性和风振系数分布规律.结果表明,不同风向角下的风振系数平均值接近,在1.5～2.0之间,可以采用同一风振系数计算A380机库的等效风荷载.研究成果为A380机库的抗风设计提供依据,为后续大跨度机库抗风设计提供参考.     

三维脉动风模拟技术在大跨机库风振分析中的应用

风荷载在大跨度屋盖结构设计中往往起主要作用,这使得该类结构的风荷载及风致动力响应研究日益受到关注与重视。结合大跨度机库屋盖表面脉动风作用特点,依据改进的Iwatani线性回归滤波器法并结合中心采样定理,实现了基于Matlab的超大跨度网架结构三维空间相关脉动风速时程模拟。以Davenport谱为目标谱对首都机场六机位机库网架所有上弦节点位置处的随机脉动风速时程进行了模拟。进而结合风洞试验数据,依据屋盖各节点风压系数将模拟的风速时程加载于机库结构并进行风振响应时域分析,以研究三维脉动风作用下超大跨度机库屋盖结构的响应特点。分析结果表明本文模拟空间随机脉动风的方法可以较好地考虑大跨机库表面的脉动风特点,为结构的风振时域分析提供准确的荷载时程。     

大跨索穹顶屋盖结构风洞试验及敏感风速研究

大跨索穹顶屋盖结构频率密集,其风振动力响应复杂,不同风速下脉动风响应对大跨索屋盖结构的风敏感性影响一直是当前风工程研究的热议难题。针对大跨索穹顶屋盖结构,设计制作了缩尺比为1∶250的试验模型,在B类地貌下开展了36组风洞测压试验,研究了全风向角下大跨索穹顶屋盖结构的风压峰值分布规律和典型不利风向角,最后基于风洞试验数据,探究了索穹顶屋盖在不同风速等级下的风振敏感性。结果表明：索穹顶屋盖主要以承载负风压为主;屋面以承载Z向负风振位移响应为主,呈现中心区域向周边下降的变化规律;屋面Z向风振位移响应随风速增大而递增,平均风响应随风速增大呈线性递增;部分风速等级下索穹顶屋盖的脉动风位移响应和总极值位移响应敏感,且风振系数较大;结构屋面响应最大点处风压系数时程傅里叶变换幅值在结构前10阶部分频段为峰值,表明索穹顶屋盖结构存在敏感风速范围,其脉动风响应显著,且与结构模态自振特性密切相关,抗风设计时应找出敏感风速范围,并对响应显著区域加强抗风设计。     

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。     

索膜结构在竖向脉动风影响下的风振响应研究

研究索膜结构在竖向脉动风影响下的风振响应特性。脉动风既包含有水平脉动风速,又有竖向脉动风速。对柔性较大的索膜结构,竖向脉动风作用将与水平风作用相叠加而使整个结构的风振响应增大。采用非线性随机模拟时程法,研究不同参数时索膜结构在单独水平风作用下、单独竖向风作用下、水平风和竖向风共同作用下的风振响应特性;并比较水平风和竖向风引起的膜结构的风振响应值,找出二者对膜结构所引起的响应异同及规律。一般情况下,水平风和竖向风共同作用引起的位移均值是单独水平引起的位移均值的1.57倍~2.94倍。因此,在研究索膜结构的风振响应时,必须考虑竖向脉动风的影响。     

大跨屋盖结构风洞试验及风振响应研究

基于南通兴东新建航站楼结构风洞试验,对该航站楼大跨屋盖结构的整体风压分布以及重要分区的风压分布特性进行研究。并且在风洞试验的基础上,根据各阶振型应变能贡献大小,确定风振响应频域内的计算阶数,进行频域法风振响应分析,并对结构的位移响应风振系数进行对比分析。研究表明:0°风向角为屋盖结构的最不利风向角,迎风区屋檐两端会产生较大的局部风吸力,平均风压系数绝对值达到1.7左右;屋盖中间区域平均风压系数均为负值,风吸力在0°和180°风向角附近达到最大,挑檐区域的风吸力最大值要大于屋盖中间区域;通过各阶模态应变能贡献量确定主要贡献模态,进而选定包括所有主要贡献模态的前m阶模态作为截断模态的方法是可行的;屋盖挑檐区域各分区的最大风振系数要明显大于屋盖中间区域。     

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.     

单侧大跨度钢结构屋盖风致响应分析

在对单侧大跨度屋盖做风振响应分析时,考虑竖向风荷载与不考虑竖向风荷载的区别,结合实际工程,对其做了CFD数值风洞计算,得到最不利风向角为正对看台的180°风向角,以及该风向角度下屋盖的风荷载体型系数分布情况,再利用Kaimal顺风向风速谱和Panofsky竖向风速谱编制程序输出风速时程,对屋盖结构进行了考虑竖向风和不考虑竖向风两种工况的有限元动力时程分析。结果表明,考虑竖向风与否对风振系数影响并不大,但考虑竖向风作用时其节点位移将是不考虑时的2倍左右,其振动幅值也有所增大,在做大跨度屋盖设计时应给予足够的重视。     

结构阻尼比对超高层建筑顺风向风振响应的影响

以某超高层建筑结构为工程研究背景,主要研究了阻尼比对风振响应(基底剪力、楼层位移、加速度)的影响,结果表明：阻尼比较大时,其对结构顺风向的风振响应影响较小;随着阻尼比的增加,风振响应(基底剪力、楼层位移)最大值减小幅度较大,而均方根值和平均值减小幅度较小,几乎无太大变化;随着阻尼比的增加,顶层加速度最大值、最小值和均方根值变化量比较大,而平均值几乎无变化。     

大跨网架结构风振响应及阻尼减振分析

设计制作了带挑檐大跨度平屋盖刚性结构模型,对其进行风洞试验,得到不同模型屋盖表面测点的平均风压与脉动风压系数,利用本征正交分解(POD)法计算节点处的风压系数,采用有限元分析软件ANSYS对原型屋盖网架结构进行风振响应以及减振分析。结果表明:挑檐部分由于上下表面风压叠加作用,负风压较大;在挑檐角部设置黏弹性阻尼器,对挑檐风振响应控制效果显著;存在一定程度既有锈蚀的网架结构,设置黏弹性阻尼器对风致响应减振效果明显,风致响应随锈蚀深度增加而增大,锈蚀深度小于1 mm时,位移响应均方根值减振系数达到10. 3%～21. 0%,加速度响应峰值减振系数达到26. 3%～39. 6%。     

结合工程实例的扣塔脉动风荷载模拟及风振响应分析

四川合江一桥的拱肋吊装采用扣塔斜拉扣挂施工,扣塔高144.91m,风荷载是结构的重要控制荷载。采用谐波叠加法模拟作用于扣塔上的脉动风速、脉动风压、脉动风荷载时程曲线。把扣塔简化为二维串联多自由度动力学模型。采用ANSYS瞬态动力学分析模块,计算扣塔风振响应,为风振控制提供依据。     

Wind-induced vibration control of Hefei TV tower with fluid viscous damper

The Hefei TV tower is taken as an analytical case to examine the control method with a fluid viscous damper under wind load fluctuation. Firstly, according to the random vibration theory, the effect of fluctuating wind on the tower can be modeled as a 19-dimensional correlated random process, and the wind-induced vibration analysis of the tower subjected to dynamic wind load was further obtained. On the basis of the others’ works, a bi-model dynamic model is proposed. Finally, a dynamic model is proposed to study the wind-induced vibration control analysis using viscous fluid dampers, and the optimal damping coefficient is obtained regarding the wind-induced response of the upper turret as optimization objectives. Analysis results show that the maximum peak response of the tower under dynamic wind load is far beyond the allowable range of the code. The wind-induced responses and the wind vibration input energy of the tower are decreased greatly by using a fluid viscous damper, and the peak acceleration responses of the upper turret is reduced by 43.4%.     

Compensation of high-frequency components of wind load by wind tunnel testing

To analyze the wind-induced response of structures, wind tunnel tests are often carried out to determine the wind loads on structures. However, due to the influence of similarity requirements in wind tunnel tests, the resulting data from the model test still needs to be translated by similarity rules for predicting the real loads on prototype structures. During this process, an inevitable result is that the high-frequency components of fluctuating wind loads get lost, which leads to some unexpected errors in the subsequent wind-induced response analysis. To solve this problem, a frequency compensation method is put forward. The purpose of this method is to reconstruct the high-frequency part of fluctuating wind loads based on experimental data and some basic principles of the aerodynamics of bluff bodies. The causes and effects of the frequency compensation problem are discussed first, then a practical method of frequency compensation is proposed by combining the fluctuating wind energy spectrum theory and the Proper Orthogonal Decomposition technique. Based on this method, the wind-induced response of a single-layer reticulated shell is analyzed to show the validity and necessity of this method.     

大跨度铁路站房屋盖结构风洞试验与等效静风荷载研究

以哈尔滨西客站站房屋盖结构为研究对象,采用刚性模型同步测压风洞试验对建筑表面的平均及脉动风荷载进行测定,结合本征正交分解技术对风压场进行重构及预测,解决了风压测点与结构有限元模型节点的不匹配问题。分别建立整体结构和屋盖结构有限元模型,利用时程分析方法考察了下部结构对风致响应的影响,研究表明下部结构会导致屋盖结构的刚度弱化,建模中忽略下部结构可能导致对屋盖结构位移和内力响应的低估。引入多目标等效静风荷载分析方法,以结构在风荷载作用下的最大动力响应为控制指标获得针对多个等效目标的静风荷载分布,并对等效结果进行了验证,结果表明该方法可以实现以少量静风荷载分布形式实现所有响应均与动力极值响应等效。     

通信角钢塔脉动风荷载模拟及风振响应分析

针对作用于通信角钢塔的风荷载特点,将风荷载中脉动风视为平稳的高斯随机过程.从随机理论出发,考虑空间相关性,采用谐波合成法模拟出脉动风荷载的时程曲线.所采用的人工模拟风速时程曲线可应用于一般高耸结构的脉动风荷载模拟,符合风速随机过程的一般统计特征且具有很好的随机性.最后以通信角钢塔为工程背景,建立有限元模型,采用ANSY...     

脉动风作用下电视塔桅杆结构TMD控制的惯性质量与位置优化

本文以深圳市梧桐山电视塔桅杆结构风振控制项目为背景,分析了风荷载的动力特性,给出了脉动风荷载的模拟方法;采用调谐质量阻尼控制方法和线性吸振、非线性耗能的结构控制策略,对控制装置进行了系统设计,分析了装置的惯性质量效应并提出了装置的优化布置方法;在模拟脉动风荷载作用下采用振型分解和时程分析相结合的方法,对结构进行动力分析和振动控制效果计算,为TMD高耸结构抗风设计提供了依据。     

某超高层建筑的脉动风荷载模拟及风振分析

结合总高438.6 m的某超高层建筑,采用现在广泛流行的线性滤波法中的AR自回归模型,模拟了该结构具有随机性、时间相关性、空间相关性的28条顺风向脉动风荷载时程样本,并对结构进行了风振响应分析。     

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。     

高层隔震结构风振研究

为研究高层隔震结构的风振响应,采用线性回归滤波器法模拟脉动风速时程,并将其与平均风速转化为风压时程输入某25层高层隔震结构,对比结构在20年、30年和50年一遇风荷载下的抗风稳定性,并分析结构在地震中的减震性能.结果表明,为保证高层隔震结构在地震中有一定减震性能,要使隔震层满足遭遇50年一遇的风荷载不屈服较为困难,因此...