组合网壳屋盖结构风振响应分析及等效静风荷载

结合惠州会议展览中心风洞试验结果,对波浪形组合网壳结构的风荷载和风振响应进行了分析,包括：24个风向角下屋盖荷载分布特性分析;结构整体和局部的自振特性分析;根据风洞试验结果对6个风向角（0°、30°、45°、90°、135°和180°）进行结构的风致动力响应分析。根据风振响应分析结果,基于响应的不同振动特点,提出将屋盖结构分为独立屋盖结构、屋盖结构两端挑棚结构和整体屋盖结构3个部分,指出对这3部分最不利的风向角分别为0°、30°、90°。最后综合考虑各个风向角下结构的响应及风振系数,给出了最终的风振系数建议值。     

屋盖悬挑端加固减振试验研究

大跨网架屋盖挑檐部分风致响应较大,提出附加杆件、粘弹性阻尼器及粘滞阻尼器三种加固减振方法。设计制作正置四角锥体单元空间网架足尺子结构试验模型,基于带悬挑平屋盖风压分布风洞试验数据,对三种加固足尺子结构试验模型进行不同风向角下风荷载时程的加载。分析结构风致加速度与位移响应,结果表明:附加杆件加固后网架刚度增大,加速度响应增大,位移响应减小;附加粘弹性阻尼器,结构加速度与位移响应均降低;附加粘滞阻尼器,结构加速度响应减小,位移减小效果不明显。     

典型矩形高层建筑风荷载与风振响应分析

对典型矩形高层建筑进行风洞试验,根据试验结果计算了各风向角下的等效静风荷载和风振响应,同时采用《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)计算方法对该建筑正交角度下的风荷载进行计算,结合风洞试验风荷载与规范计算结果,研究典型矩形高层建筑等效静风荷载和加速度响应分布规律。结果表明:结构基底风致响应最不利角度并非完全出现在正交角度,风洞试验楼层风荷载整体趋势与规范计算结果相同,数值上存在差异,宜以风洞试验结果为准,该结构的顶层加速度响应小于高规限值,舒适度满足要求。     

典型体育场屋盖风荷载特性的风洞试验研究

对某一具有代表性的大型体育场刚性模型进行了表面测压风洞试验,介绍了试验所采用的主要技术参数和基本的数据处理方法,分析了结构典型测点在不同风向角下的风压变化规律,给出了该体育场屋盖上的对应于50年和100年重现期的10min平均风压值及前10个最小极值风压值。分析表明：风压系数平均值分布规律明显,能体现屋盖上流场分布的情况;均方根值能在一定程度上反映出气流分离和旋涡脱落情况。典型体育场屋盖上表面主要分布负压,其中迎风边缘及突出部位较大,低凹处及尾流区域较小;屋盖下表面在迎风的钝体边缘有较大区域正压出现,背风处分布有不大的均匀负压。     

结构最优主动调谐质量阻尼器风致振动控制的研究

基于我国现行的风荷载规范,建立了在风荷载作用下结构-主动调谐质量阻尼器(ATMD)系统的动力方程。定义ATMD最优参数准则为:结构-ATMD系统的位移或加速度响应方差的最小化。ATMD有效性的评价准则为:设置ATMD结构的最小化位移或加速度响应方差与未设置ATMD结构的位移或加速度响应方差之比(分别称为位移和加速度减振系数)。根据上述准则,在频域内数值研究了结构自振频率、标准化加速度反馈增益系数、质量比对ATMD系统的最优参数(包括最优频率比和阻尼比)、有效性和冲程的影响。此外,为了比较的目的,论文同时考虑了结构TMD风致振动控制的情况。     

大跨斜拉桥的近断层地震响应及减震控制

近断层地震长周期成分丰富,存在速度大脉冲效应;而大跨度斜拉桥一般采用半漂浮体系或漂浮体系,所以固有频率较低。为了研究大跨度斜拉桥在近断层地震作用下的反应规律及减震措施,利用ANSYS软件分析了某半漂浮体系的大跨斜拉桥在近断层地震作用下的时程响应,并对其减震控制方法进行了探讨。研究表明,大跨度斜拉桥的近断层地震响应随着PGV/PGA值的增大而增大,且增大幅度较大,近场脉冲效应较为显著;对于近断层地震作用,不建议采用塔梁弹性连接装置作为主梁纵漂的减震措施,而采用参数适宜的铅挤压阻尼器和粘滞阻尼器则均能获得很好的减震效果;由于大跨度斜拉桥的近断层地震反应较大,应提高其支座的设计允许位移。     

大跨维修机库结构采用耗能支撑的减震研究

大跨维修机库动力特性复杂,针对该类结构的减震研究则刚刚起步。本文结合大跨机库的地震响应特点,提出支撑柱顶与屋盖节点之间设置黏滞流体阻尼支撑的减震方案,对一大跨机库结构采用该减震方法进行了时程分析,对比减震前后结构基底剪力、柱顶侧移以及屋盖的杆件内力、位移。结果表明,该方法可以有效地吸收地震动输入能量,降低整体结构地震响应。由于机库结构特点决定了支撑柱间阻尼器的不均匀布置,导致减震效果在屋盖范围内的不均匀分布,分析结果表明屋盖杆件内力减震效果与杆件地震内力分布规律相吻合,表明该类减震方案对于大跨度维修机库屋盖地震响应具有非常好的针对性。     

建筑物表面风压以及风场的数值模拟与风洞实验研究

利用自主开发的模拟建筑物周围风环境数值模式“北京大学大气环境模式”(Peking University Model of Atmospheric Environment, PUMA), 通过求解非静力动力学方程, 模拟了一个特殊塔型结构建筑物周围的空间流场以及建筑物表面风压系数的分布特征, 同时与风洞实验的数据进行了对比, 对该拟建项目可能导致的风环境问题以及建筑表面风荷载进行了评估. 模拟结果与实验数据的比较显示, 两者在速度场与建筑表面风压系数具有较好的吻合度, 体现了该模式在风场以及压力场计算方面的良好性能. 但通过与实验结果的对比不难发现, 模式的结果在某些情况下与试验存在较大的误差. 造成这种偏差的原因, 一方面是模式现有的分辨率为水平方向2 m, 垂直方向3 m, 难以将塔型结构建筑物表面的气压变化完全精确的展现出来; 另一方面, 固壁面上格点的气压和周边空间气压分布之间关系的参数化方案, 仍需要进一步改进. 从整体来看, 该模式模拟结果与风洞实验基本吻合, 可以较好计算特殊形状钝体结构建筑物导致的风场以及风压分布情况. 研究表明该数值模式可用以评估建筑物的表面风压及周围的风环境, 在建筑物的风工程项目中具有良好的应用前景.     

大跨桥梁结构损伤诊断与安全评估的多尺度有限元模拟研究

探讨了以结构损伤诊断与安全评估为目标的大跨桥梁结构多尺度有限元模拟的策略与方案。在有限元模型误差来源分析的基础上,提出了大跨桥梁结构模型误差的分层次修正方法。通过对润扬长江大桥斜拉桥的有限元建模和模型修正过程,提出了大跨斜拉桥结构以损伤诊断与安全评估为目标的多尺度有限元模拟方法。研究表明,大跨桥梁结构的多尺度有限元模拟必须建立在模型误差分析的基础上,并采用模型误差的分层次修正方法才能较好的满足多尺度有限元模拟的技术要求。     

Effects of high modes on the wind-induced response of super high-rise buildings

For super high-rise buildings,the vibration period of the basic mode is several seconds,and it is very close to the period of the fluctuating wind.The damping of super high-rise buildings is low,so super high-rise buildings are very sensitive to fluctuating wind.The wind load is one of the key loads in the design of super high-rise buildings.It is known that only the basic mode is needed in the wind-response analysis of tall buildings.However,for super high-rise buildings,especially for the acceleration response,because of the frequency amplification of the high modes,the high modes and the mode coupling may need to be considered.Three typical super high-rise projects with the SMPSS in wind tunnel tests and the random vibration theory method were used to analyze the effect of high modes on the wind-induced response.The conclusions can be drawn as follows.First,for the displacement response,the basic mode is dominant,and the high modes can be neglected.Second,for the acceleration response,the high modes and the mode coupling should be considered.Lastly,the strain energy of modes can only give the vibration energy distribution of the high-rise building,and it cannot describe the local wind-induced vibration of high-rise buildings,especially for the top acceleration response.     

新型超高层节能建筑抗风研究

在大气边界层风洞进行了"珠江城"商务写字楼大比例尺(1:150)模型风洞试验,通过对风洞试验数据分析,获得了基础等效静风荷载及结构顶部风致加速度响应。并将其结果与其它较小比例尺的两个风洞试验结果相对比,分析了模型几何缩尺比、周边建筑及平均风剖面对试验结果的影响。获得的结果可以为此结构设计提供风荷载,同时也为其他建筑的抗风设计和风洞实验提供技术参考。     

基于风速时程的体育场挑篷结构风振响应分析

依据自回归(AR)法,确立了考虑风速时程空间相关性的模拟方法,并利用Matlab语言编制了相应的程序。基于上述方法,模拟了某体育场挑篷结构的风速时程,并对所得风速时程离散值进行数理统计分析,结果表明模拟谱与目标谱吻合较好。根据结构风振响应分析的需要,将模拟风速转变为风荷载对结构进行时程分析,获得了结构风振响应,为结构抗风设计提供依据。计算表明,基于风速时程的结构风振响应分析方法可有效分析体育场挑篷的风振响应。     

开合屋盖结构动力特征及抗震性能分析

开合屋盖结构由于具备适应各种天气状况的性能,在大型多用途体育场馆中得到了广泛应用。由于其结构形式的特殊性,在不同的使用状态下有不同的动力性能。本文以浙江省黄龙体育中心网球馆开合结构为分析对象,通过计算活动屋盖分别在开启和闭合锁定状态下结构的动力特性,以及结构在水平、竖向地震作用下的地震响应,探讨了该结构的抗震性能。在分析研究的基础上,参考以往的设计经验,讨论该类结构抗震设计的一般原则,提出了开合结构的抗震构造措施。     

Research on wind-induced responses of a large-scale membrane structure

The wind-induced responses of a large-scale membrane structure, Expo Boulevard, are evaluated in this study. To obtain the wind pressure distribution on the roof surface, a wind tunnel test is performed. A brief analysis of wind pressure on the membrane roof is conducted first and then an analysis of the wind-induced responses of the structure is carried out using a numerical integral method in the time domain. In the process of calculation, the geometrical nonlinearity is taken into account. Results indicate that mean, RSM and peak values of the structure responses increase nonlinearly while the approaching flow velocity increases. Strong nonlinear characteristics are observed in the displacement responses, whereas the responses of nodal stress and cable axial force show minimal nonlinear properties when the membrane structure is subjected to wind loads. Different values of the damping ratio only have a minimal impact on the RSM response of the structure because the background component is a dominant part of the total dynamic response and the resonant component is too small. As the damping ratio increases from 0.02 to 0.05, the RMS responses of vertical displacement, nodal stress and cable axial force decrease by 8.1%, 6.7% and 17.9%, respectively. Since the mean component plays a significant role in the wind-induced response, the values of the gust response factor are not high for Expo Boulevard.     

Grouping response method for equivalent static wind loads based on a modified LRC method

Wind loading is one of the most important loads for controlling the design of large-span roof structures.Equivalent static wind loads,which can generally aim at determining a specific response,are wid...     

通过刚性模型试验评价中庭采光顶风荷载及其响应的方法

当中庭采光顶的建筑设计完成以后,在结构形式上可能仍然存在多种方案,这就需要对每个设计方案的动力性能和风致响应进行评价,而通过气动弹性试验来测定每个方案是不现实的。因此,本文提出了采用刚性测压试验原始数据和有限元时程分析相结合的方法,通过一次刚性测压试验和多次有限元分析来解决,这显然更经济合理。本文将以上海世茂中庭采光顶项目为例,详细地介绍上述风致响应计算方法及其有关结论。     

Wind flow and wind loads on the surface of a towershaped building: Numerical simulations and wind tunnel experiment

Flow structure and wind pressure distribution caused by obtuse obstacles are usually the focuses in Computational Wind Engineer researches (CWE). By solving the non-hydrostatical dynamic equations, PUMA model (Peking University Model of Atmospheric Environment) was developed and applied to simulating the flow structure and wind pressure distribution around a tower-shaped building. Evaluation about the wind environment and wind loads around the building was obtained through the analysis of the numerical simulation results and wind tunnel data. Comparisons between the simulation and wind tunnel study indicate that numerical simulation results agree well in the flow field and wind pressure distribution around the tower-shaped building. On the other hand, the horizontal grid interval of 2 m and the vertical grid of 3 m were still too crude to simulate the flow structure and wind pressure distribution on the building surface more exactly in detail; and the absence of suitable pressure perturbation parameterization scheme between the solid and the adjacent space also limits the accuracy of the numerical simulation. The numerical simulation model can be used to evaluate the wind environment and wind load around high buildings.