基于力协方差法等效静力风荷载共振耦合效应分析

针对等效静力风荷载(ESWL)传统计算方法在处理强耦合结构共振模态之间耦合项的不足,提出基于共振恢复力协方差法能完全考虑各共振模态之间耦合效应的计算方法。具体思路为:从结构运动方程出发,推导出广义共振模态位移响应协方差矩阵;进而基于惯性风荷载法(IWL)获取仅包含共振分量的弹性恢复力协方差矩阵;再采用荷载-响应相关方法(LRC)进行共振响应及其ESWL的计算。该方法避开求解弹性恢复力的积分过程,考虑了各阶共振分量之间的耦合性,且物理意义明确,从理论上适用于任意复杂结构ESWL共振分量计算。以某电厂超大型冷却塔为例,进行结构风致响应和ESWL计算,讨论了共振分量的耦合效应,验证了该方法的有效性。     

单层折面空间网格结构风荷载特性及等效静风荷载研究

对单层折面空间网格结构的表面风压分布和风振响应特性进行研究,采用荷载 响应相关法(LRC)与惯性力法计算结构的等效静风荷载,并分析了其计算精度,结果表明：在迎风面的体育场屋盖部分,气流在经过迎风面屋盖檐口后发生明显分离,形成漩涡,此处的平均负风压和脉动风压最大;整个屋面的绝大部分表面风压都表现为负压。增加肩谷环后,结构横向刚度提高较大,结构的1阶和2阶振型由原来的结构整体水平振动变为罩棚前端内环端部的局部竖向振动;在单层折面空间网格结构的风振响应中,参与结构振动振型较多,需要考虑多阶振型影响,且参与结构振动的主要为低阶振型;在脉动风荷载作用下各振型耦合作用较小;用LRC与惯性力法得到的单层折面空间网格结构等效静风荷载,计算精度可满足工程要求。     

基于Ritz-POD的大跨屋盖结构风振响应分析和风效应静力等效方法

大跨屋盖风振响应中的多振型参与特性,及由此导致的多目标等效静风荷载问题,一直是大跨屋盖结构风工程研究和工程应用十分关注的问题。对作者及合作者近年来在该方面的研究工作所取得的进展进行了总结,并加以发展。利用POD分解得到本征模态表达的脉动风荷载空间分布形式,确定与荷载分布形式对应的Ritz向量,即主导模态;推导脉动风响应中背景响应和共振响应的数学表达式,给出背景响应与共振响应间的相关性分析方法;根据结构风振响应特性,以风荷载主要本征模态和结构主导振型惯性力构造多目标等效静风荷载的基本向量,利用最小二乘法得到基本向量的最优组合系数,从而得到针对多个等效目标的等效静风荷载。并通过对跨度40m的K6型单层球面网壳结构的计算验证本文方法的有效性和准确性。     

某骨架支承式膜结构屋盖的等效静力风荷载研究

以郑州大上海步行街中心广场膜结构屋盖为工程背景,进行了刚性模型的同步测压试验。研究了屋盖表面风荷载分布规律和屋盖的风致响应;采用阵风荷载因子法和荷载响应相关法,研究了屋盖的等效静力风荷载,并分析了两种方法的优缺点。结果表明,城市中心的开敞式大跨度屋盖结构的风荷载以脉动风荷载为主;其风致响应也以脉动响应为主;阵风荷载因子法在以脉动响应为主的情况下定义等效静力风荷载存在困难,荷载响应相关法能克服阵风荷载因子法的这些缺点。     

鞍形索网等效静力风荷载研究

针对大跨度屋盖结构多振型参与振动的特点,提出了一套确定该类结构等效静力风荷载的精细化方法。该方法的流程包括风振响应分析和静力等效两个阶段,每个阶段又分为平均分量、背景分量和共振分量等3个部分分别进行研究。风振响应分析时,背景响应分析采用准静力方法;共振响应分析综合运用本征正交分解法(POD法)和Ritz向量直接叠加法。静力等效时,等效静力风荷载的背景分量采用荷载响应相关系数法分析,其共振分量表示为多个主要参与振型惯性力的组合。基于本文的分析方法,对一鞍形索网结构的风振响应和等效静力风荷载进行了研究,探讨了不同风向下、针对不同响应的等效静力风荷载分布情况。结果表明本文方法能够有效地分析大跨度屋盖结构的风振响应和等效静力风荷载,能够解决大跨度屋盖结构中多振型参与振动这一主要问题。     

大跨度屋盖结构等效静力风荷载方法及应用

结构风致振动是控制大跨度屋盖结构设计的主要因素。大跨屋盖结构模态密集,风致振动有多模态参与并受模态交叉项影响的特性,这给建立大跨度屋盖结构等效静力风荷载的计算方法带来了很大的困难。本文基于计算共振分量的修正SRSS法,将LRC法和考虑模态耦合系数的惯性风荷载法相组合来表示等效静力风荷载。本文的方法能考虑模态之间相互耦合的情况,给出的等效静力风荷载具有明确的物理意义。最后将该方法运用于一个实际工程,检验了计算方法的精度。计算结果表明,本文方法和CQC法得到的响应值非常接近,最大误差约为3%,相对而言SRSS法的计算误差较大。     

大跨屋盖结构多目标等效静风荷载分析方法

针对大跨屋盖结构多振型参与风振的特点,提出一种多目标等效静风荷载确定方法。其基本思想是,分别建立多目标等效方程组和约束方程组,前者可获得与各等效目标吻合程度最好的解,后者是根据风荷载作用方向为垂直于建筑物表面的钝体空气动力学原理得到的风荷载各方向分量的关系,限制某些奇异荷载作用模式的出现,从而解决了大跨屋盖结构等效静风荷载研究中突出存在的多目标等效问题。结合两个典型大跨屋盖结构的风洞试验,对不同类型的结构响应进行了等效静风荷载分析,并将分析结果与采用单目标方法所得的结果进行对比,结果表明该方法得到的等效静风荷载作用下各类响应均与动力极值响应吻合良好,达到了以少量的等效静风荷载模式实现所有目标等效的目的,并且所得等效静风荷载分布较符合实际风荷载作用规律。     

高层建筑等效风荷载风洞试验研究

分析了某高层建筑的多通道同步测压风洞试验。利用随机振动理论计算了结构等效静力风荷载,分析了风荷载随风向的变化关系,计算了结构顶部峰值加速度响应,对居住者舒适度进行了评价。     

大跨屋盖基于位移响应协方差等效静力风荷载计算方法

目前,频域内有多种等效静力风荷载求解方法,但每种方法都有其局限性;时域内也提出了风致响应的计算方法,却没有完整地提出求解等效静力风荷载的方法。本文基于位移响应协方差矩阵,提出了一种计算大跨屋盖结构等效静力风荷载的新方法。本方法的关键是获得位移响应的协方差矩阵,对于时域法,由于时程分析能得到位移响应时程,故可根据时程序列直接计算得到;对于频域法,也可由各阶模态响应推导得到,因而本方法既适用于时域法,也适用于频域法。最后,以某大跨屋盖结构作为工程实例,计算了等效静力风荷载,并将其与CQC方法计算结果进行了比较,验证了方法的有效性。     

屋盖结构分区-多目标等效静风荷载方法研究

屋盖结构造型独特各异,具有重量轻、跨度大、刚度低等特点,结构对风荷载敏感.在该类结构设计中,风荷载往往起主要控制作用.另外,结构节点杆件众多,所关心的目标响应也很多,传统的单目标等效方法难以实现对多个响应的等效.针对屋盖结构控制点不明确、等效静风荷载不确定性等特点,提出了分区-多目标方法.该方法基于屋盖结构形态及测点平...     

基于一致耦合法某大型博物馆结构风致响应精细化研究

针对传统三分量方法中采用SRSS组合背景分量和共振分量获得脉动风总响应的局限,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计算式,提出用于补偿背景分量和共振分量之间耦合项的一致耦合法来求解结构的风致响应。该方法从理论上适用于任一复杂柔性结构的风致响应精细化分析。以某大型自然博物馆柔性钢结构为例,采用一致耦合法以及改进的三分量方法进行风致响应计算,并与全模态完全二次型（CQC）法计算结果进行对比分析,结果表明：背景、共振及其交叉项分量均需考虑,其中又以共振分量为主导,并且共振模态之间的耦合效应显著,背景和共振分量之间的交叉项也不能忽略。一致耦合法具有较高的精度和稳定性,是此类结构风振响应机理分析的有效方法。     

考虑塔-线耦合作用的输电塔体系风振系数研究

考虑塔-线耦合作用的体系风振响应以及对应情况下的输电塔等效风荷载的风振系数取值是输电塔抗风设计的基础,结合某220kV输电线路一塔两线实例,通过气弹性风洞试验和有限元数值模拟的方式,研究输电塔在考虑导、地线耦合作用下的风振响应规律,计算其对应的输电塔等效风荷载的风振系数,并与我国现行规范中的相关取值进行对比,结果表明:横担和输电线的存在使得塔身中上部的风振系数明显增大,在进行输电塔设计时需考虑其影响;建议采用《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2012)和《高耸结构设计规范》(GB50135—2006)来计算风振系数时,对横担位置进行修正或单独考虑,而《架空输电线路荷载规范》(DLT5551—2018)更适用于输电塔类结构的风振系数的计算。     

基于流体有限元法与大涡模拟技术的建筑风场与风效应分析

把流线迎风Petrov-Galerkin(SUPG)稳定化方法和三步方法与动态亚格子模型相结合,建立了一种基于任意拉格朗日-欧拉描述、可用于结构周围风场特性和风压分布分析的动态亚格子大涡模拟方法,基于该方法并运用分区交替求解算法分析流固耦合相互作用问题。对流场的空间离散,采用速度和压力的同阶插值函数;对流场的时间离散,运用具有二阶精度的三步格式稳定化有限元方法。利用Newmark逐步积分方法计算结构域,运用弹簧近似法进行网格域网格更新。对结构风效应和结构周围三维风场绕流及其特性进行了数值模拟,归纳总结了结构风效应和三维风场绕流的一些规律。结果表明:就网壳算例而言,考虑流固耦合模型效应后可以得到更高的风压系数。     

顺风向等效风荷载及响应--主要国家建筑风荷载规范比较

详细地比较了中、美、欧、日、加、澳等国风荷载规范中顺风向响应的计算内容。通过对基本风压、平均风速剖面、湍流强度剖面、脉动风速谱、相关函数等多个方面的详细分析比较 ,指出中国规范在湍流强度、响应峰值系数的选取、相关函数的选用等方面可能存在的问题 ,并用各国风荷载规范完整地计算比较了一幢高层建筑结构的顺风向等效设计风荷载和顺风向风振响应     

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。     

风雨耦合作用下桥梁主梁静力三分力系数研究

针对风雨耦合作用下桥梁主梁的静力三分力变化问题,首先对降雨特性做了简要介绍,然后对降雨引起的空气密度改变、降雨对结构的冲击力及简化计算模型、结构表面积水厚度进行了分析。最后以4类典型主梁断面为例,进行了不同雨强下节段模型静力三分力测试。结果表明:降雨引起空气密度改变很小,即使雨强达到300 mm·h^-1,改变量不超过1%;雨强达到上述超强暴雨时,结构竖向冲击力仅为0.67 Pa,同样雨强且风速为50 m·s^-1时,水平冲击力约为100 Pa,占同等风速下纯风作用力的6.5%,而且其随风速的增长率要远小于风作用力的增长率;随着雨强的增大,主梁升力系数明显减小,小风时可达到无雨时的数倍,扭矩系数无规律变化,阻力系数有所增大但比例十分有限;随着风速增大,降雨的影响会相对弱化;试验结果验证了通过质量加权平均简化后的雨滴冲击力计算公式的正确性。     

高层建筑钢结构基于风振响应和动力特性的优化设计

高层建筑的风致响应和等效静力荷载虽然可以通过风洞试验和动力分析有效的加以确定,在结构设计的整个过程中这些等效风力却往往被当作常数来应用。本文提出了一个结合气动风力分析和结构刚度优化的自动化技术。在结构设计中利用这个技术,可以在优化结构刚度和最小化结构造价的同时,实时检查和更新作用在建筑结构上的等效风荷载。一个几何尺度与航空研究共同顾问理事会(CAARC)建议的建筑模型一致的钢框架结构被用来进行风力分析和结构优化的例子。结果表明这个技术不但能在满足位移设计要求的情况下优化结构刚度降低造价,而且也降低了作用在结构上的等效风力。     

基于响应时程的大跨度空间结构等效静风荷载分析方法

提出以特定时刻的瞬时风压分布为基础,计算大跨度空间结构等效静风荷载的基本方法。首先利用广义坐标合成法得到目标响应的时程,从中确定产生最大响应的时刻,再以该时刻的瞬时风压分布为基础,采用动力放大因子法或附加风振力法计算等效静风荷载。当采用附加风振力法将瞬时风压和附加风振力叠加时,可以得到与风压作用方向不同的等效静风荷载,避免了在某些情况下对风压的过度放大。为便于工程应用,根据精确的等效静风荷载计算式,将荷载中的准静态分量和附加风振力分离,提出了附加风振力的简化计算式。通过大型结构算例分析,证明采用上述方法可以给出合理的等效静风荷载分布,不但能够保证响应目标的等效,其他响应也符合真实情况。     

不规则混凝土框架结构厂房大震下弹塑性静力和动力分析

运用PKPM-SATWE软件中的EPDA和Pushover两种方法,对某不规则混凝土多层框架结构厂房进行了罕遇地震作用下的弹塑性动力和静力分析,得出了该结构在大震下的内力变化和变形规律,分析了结构的基本动力特性,找出了结构的薄弱部位。通过对这类不规则结构抗震设计特殊性的讨论,为做好类似结构的设计提出建议。     

多风向多目标等效静风荷载分析方法及应用

针对大跨空间结构中多振型参与风振响应特点和工程应用需要,提出针对多个风向的多目标等效静风荷载分析方法。根据所有风向的平均风荷载（或者风振响应极值）分布之间的相似性指标,将所有风向分为若干个风向区,计算各风向区的风振包络响应;在每个风向区内,选择平均风荷载分布和结构主导振型惯性力作为构造多目标等效静风荷载的基本向量,根据最小二乘法,得到基本向量的最优组合系数,从而得到针对多个风向、多个等效目标的等效静风荷载。将该方法用于某大型科技新馆,分析结果表明：根据各风向下屋面平均风压系数分布间的相关系数,36个风向角仅需分成3个风向区,且各风向区等效静风荷载作用下的静力响应与实际动力响应包络响应吻合较好,验证了所提方法的计算精度和工程应用的便利性。