建筑结构风荷载数值模拟研究

介绍了线性滤波法和谐波叠加法两种脉动风时程的模拟方法,并利用Matlab语言,编制了谐波叠加法脉动风速时程数值模拟程序。通过对某211.5m高的框架剪力墙结构算例分析,结果表明:脉动风速的大小随高度的增大而逐渐减小,结构下部风振作用的脉动特性强于上部;不同高度之间的脉动风速时程相关性随着它们之间的距离越近相关性越好;不同工况下同一高度处脉动风速时程随着基本风压的提高而提高;Davenport目标功率谱与文章模拟功率谱的在高频区的高度吻合可为高层建筑结构风振响应分析提供精度保证。     

脉动风荷载时程数值模拟研究

在工程结构日趋大型化、复杂化、超高超限化的今天,建筑结构风振响应的研究受到学术界、工程界的关注和重视,数值模拟方法生成脉动风时程对于掌握结构风振特性、减少风致灾害有很好的帮助作用。介绍了近地表层风场的基本特性,阐述了实际工程应用过程中的线性滤波法和谐波叠加法模拟脉动风时程的原理,重点对谐波叠加法模拟脉动风速时程的数学形成过程进行了研究。     

建筑幕墙风荷载的数值模拟研究

对幕墙结构中风荷载的脉动特性进行了分析，采用沿高度变化的E．Simiu风速谱，用改进的谐波叠加法模拟了不同高度处脉动风速和风压的时程曲线，给出了风荷载的计算公式，结果表明该方法简单有效，且能够反映脉动风的随机特性，解决了玻璃幕墙风荷载的动力计算问题。     

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。     

脉动风的数值模拟

基于脉动风的概率特性,采用谐波合成法模拟了某斜拉桥主梁的水平脉动风速时程样本。结果表明：谐波合成法可以有效地模拟具有一定相关性的节点脉动风速时程,其模拟精度、速度和稳定性均可满足工程需要。     

弦支穹顶结构的风速时程模拟研究

近年来弦支穹顶结构的形式和种类得到不断发展和完善。在结构的风振响应分析中,基于数值模拟的方法得到风速时程曲线为近年来的主流分析方法,模拟风速时程时,对比线性滤波法(AR模型)与谐波叠加法(WAWS法)的特点,引入信号处理中的抽取时间快速傅立叶变换来加速叠加效率,提出了一种高效的多个相关脉动风速时程模拟方法,并编制了相关Matlab程序。通过以上研究,文章用计算机模拟风速时程曲线,为此类弦支穹顶结构进行风振响应分析奠定了基础。     

风雨荷载耦合作用下索桁架体系点支式玻璃幕墙的动力响应研究

应用谐波叠加法模拟了脉动风速时程曲线,进而得到了脉动风荷载;通过马歇尔-帕尔默指数分布的雨滴谱及脉动风速得到了脉动雨荷载;利用ANSYS对索桁架体系点支式玻璃幕墙进行动力风荷载和雨荷载耦合作用下的时程分析,研究在风雨荷载共同作用下雨荷载对幕墙的影响。结果表明:雨荷载占总荷载最大比重随风速级别和降雨量的增加而增加;且雨荷载占总荷载最大比重为5.8%,极值雨情况下为12.4%。     

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。     

风雨荷载下输电塔体系的动力响应分析

通过数值模拟输电塔体系，利用谐波叠加法和Kaimal谱，完成了脉动风速时程的模拟和雨荷载模拟，最后利用ansys在时域内分析输电塔风雨荷载作用下的动力响应规律。分析表明：脉动风和降雨对输电塔体系位移响应都有明显影响，且脉动雨工况较平均雨工况下对位移响应量更加明显。     

超高层建筑基于AR法的脉动风荷载时程研究

叙述了风荷载的性质,采用线性滤波法中的AR模型,对中国铁物大厦A座的脉动风速时程进行了模拟,通过对比模拟谱和目标谱的吻合程度,验证了AR模型模拟脉动风速时程的有效性,由模拟得到的脉动风速时程计算生成作用于结构层的风荷载时程,为风振时程分析提供方便。     

基于可靠度的风荷载分析

综述了影响统计平均风速的几个因素 ,特别阐述了时距对平均风速的影响。根据Shinozuka的理论和Davenport脉动风速功率谱模拟产生了风速、风压样本 ,并利用蒙特卡洛法分析了忽略脉动风速平方项对脉动风压功率谱密度函数的影响 ,进而分析了其对于风荷载作用下的结构动力响应的影响     

青岛某超高层住宅的风洞试验研究

为了研究超高层建筑在使用阶段的抗风安全性,基于青岛某超高层住宅工程,对设计风速作用下结构的风荷载分布规律、结构的位移、加速度响应进行风洞实验研究,并根据风洞试验结果,对结构的抗风安全性、结构三维风振特性及舒适性进行分析,研究结果为该项目的结构设计提供了依据。     

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。     

附加阻尼法分析鞍形膜结构的风振响应

风振动是导致膜结构破坏的重要原因，对风-膜的耦合振动分析是膜结构研究的热点和难点之一，通常采用Newmark法和Newton—Raphson法编程求解．本文采用在ANSYS里建模并附加MATRIX27单元的方法模拟风动阻尼，利用谐波合成法生成随机脉动风速场，对结构进行风一膜耦合振动的时程分析，避免了繁琐的编程，为应用ANSYS研究膜等风敏感结构提供了新的思路．     

常州东经120主题公园景观塔风场模拟及风振分析

常州东经120主题公园景观塔(摩天轮)采用特殊的高耸结构型式,在风荷载作用下的结构舒适性问题需要重点关注。本文根据风的统计特性,人工生成风速时程;利用风的空间相关性,将在结构各个节点处生成的不相关的风速转换成空间相关的风速场;把模拟生成的风速合理地转换为风荷载作用于相应的单元节点上,利用有限元法求得结构的风振响应。计算结果与风洞试验数据吻合良好。     

脉动风速互随机Fourier谱函数

为了在随机Fourier谱中考虑风场的空间相关性,首先在经验物理关系的意义上定义了互随机Fourier谱,其表达式由两个随机过程的随机Fourier谱和一个可以反映风场空间相关性的随机相干函数组成;然后,利用现场实测风速资料,研究并建立了实际风场的随机相干函数的经验物理模型;最后,基于假设检验理论,确定了互随机Fourier谱函数中基本随机参数及其概率密度信息。实例表明,建立的互随机Fourier谱函数可以在概率的意义上很好地表征实际风场的空间相关性。     

影响不对称支撑圆形钢天线风致疲劳寿命的因素

在求得结构不同风向、风速下风致响应以及结构所在位置处的风速风向联合分布函数的基础上,基于经典的疲劳累积损伤理论,对一实际不对称支撑圆形截面钢结构进行风致疲劳寿命估计。通过实例分析的结果,讨论了风向、结构表面粗糙度、涡激共振以及平均风速等重要因素对结构风致疲劳寿命的影响。计算结果表明:1)风向对结构的风致疲劳累积损伤影响较大,在出现概率大的风向区间内造成的疲劳累积损伤较大;2)结构表面粗糙度对结构的风致疲劳寿命影响也较大,疲劳寿命随着表面粗糙度的增加而减小;3)涡激共振对结构的疲劳寿命有一定的影响,在计算结构的风致疲劳寿命时,不应该忽略涡激共振的影响;4)平均风荷载对结构的风致疲劳寿命影响较小。     

青岛颐中体育场膜结构风洞试验研究

通过风洞试验研究了在B类场地条件下 ,青岛颐中体育场膜结构挑篷建筑的风荷载特性 ,探讨了挑篷上各处膜面平均风荷载随来流风向角的变化规律 ,及其在各风向角下的表面风荷载的分布规律 ,确定了该设计方案随膜顶形状变化的风载体形系数 ,为进一步的结构计算提供了科学依据。     

Orthogonal expansion of Gaussian wind velocity field and PDEM-based vibration analysis of wind-excited structures

An effective procedure for simulation of random wind velocity field by the orthogonal expansion method is proposed in this paper. The procedure starts with decomposing the fluctuating wind velocity field into a product of a stochastic process and a random field, which represent the time property and the spatial correlation property of wind velocity fluctuations, respectively. By an innovative orthogonal expansion technology, the stochastic process for wind velocity fluctuations may be represented as a finite sum of deterministic time functions with corresponding uncorrelated random coefficients. Similarly, the random field can be expressed as a combination form with only a few random variables by the Karhunen-Loeve decomposition. This approach actually simulates the wind velocity field with stochastic functions other than methods such as spectral representation and proper orthogonal decomposition. In the second part of the paper, the probability density evolution method (PDEM) is employed to predict the stochastic dynamic response of structures subjected to wind excitations. In the PDEM, a completely uncoupled one-dimensional partial differential equation, the generalized density evolution equation, plays a central role in governing the stochastic responses of structures. The solution of this equation will give rise to instantaneous probability density function of the responses. Finally, the accuracy and effectiveness of the approach in representing the random wind velocity field and PDEM-based dynamic response of wind-excited building are investigated.     

建筑结构横向脉动风压谱密度函数的分析计算

从湍流理论的基本方程出发,导出了建筑结构横向湍流脉动风压谱密度函数的计算公式（非漩涡脱落引起的荷载）.据此公式计算出的结果在一定条件下与刚性模型多点测压风洞试验结果有较好的吻合性.可以由建筑物周围的平均风场分布及脉动风场分布计算这种湍流脉动风压的谱密度函数,为确定结构的横向脉动风荷载提供一定的参考依据.