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。     

弦支穹顶屋盖结构的风振响应研究

弦支穹顶屋盖结构的自重较轻,风荷载作用是结构设计的控制因素,应当对其风振动力响应进行研究.本文采用AR法并结合MATLAB软件对某体育馆椭圆形弦支穹顶屋盖结构的风速时程进行模拟分析,然后进行结构风振响应时程的有限元分析,得出了结构的风振系数和一些有意义的结论:其节点位移风振系数为1.74,位移风振系数随着初始预应力水平的增大而增大;风振响应过程中,拉索的预应力有所降低,靠近结构中心位置拉索的预应力损失率比靠近外部的大;初始预应力越大,预应力损失率越小;弦支穹顶结构环索预应力水平的降低会对结构的风振响应有不利的影响;弦支穹顶屋盖结构只考虑等效静力风荷载作用的结构抗风设计偏于不安全,应当考虑脉动风的作用.     

风向角对空冷结构体系风振系数影响的风洞试验研究

由于空气冷凝器支架结构头重脚轻,振动易表现为前3阶的耦合振动,其风振系数的理论推导方法已经超出了我国规范规定的前提条件,因此制作相应气的弹模型进行风洞试验,分析了空冷结构体系的风振系数随风向角变化的规律,为确保此类结构的安全提出:当风向与结构的刚度和质量对称轴平行时,建议风振系数值取2;结构布置时尽量避免结构质量和刚度对称轴与主风向成45°。     

大跨开合屋盖风荷载与风致响应试验与数值计算研究

为研究屋盖开孔对大跨结构风效应的影响,在边界层风洞中开展了大跨开合屋盖刚性模型风洞测压试验,分析了结构表面风荷载分布特征,基于时域分析法研究了屋盖开合对风致响应的影响。结果表明:大跨结构模态密集,第一阶模态能量最大,高阶成分的贡献不容忽视;屋盖开洞能有效的减小屋面风荷载,降低位移响应与加速度响应,减小风振系数。研究结果可为大跨开合屋盖风荷载设计提供参考。     

90°螺旋型和方形截面高层建筑气弹效应对比研究

设计并制作了动力特性基本一致的90°螺旋型和方形截面高层建筑的多自由度气弹模型,对气弹模型进行了风洞试验。运用随机减量法识别了顺、横风向以及多风向角下的气动阻尼;对出现了"拍"现象的工况采用小波方法解耦模态后再进行气动阻尼识别。风洞试验结果表明,方形截面高层建筑顺、横风向气动阻尼比随折算风速的变化规律与相关研究结果类似;螺旋型高层建筑顺风向气动阻尼比随折算风速的变化规律与方形截面高层建筑较为接近,在高折算风速段的阻尼比值相比方形截面高层建筑偏小,横风向气动阻尼比在低折算风速段微弱上升,随后下降,在0值附近波动。对多个风向角的加速度响应进行研究,螺旋型高层建筑均表现出良好的气动性能,尤其在横风向折算风速为12.43时,其加速度均方根为方形截面高层建筑的25.48%。     

高层结构群风压力分布与干扰效应

为研究群风环境中高层结构的风压分布特性与群风干扰效应,采用1:300缩尺刚性模型风洞试验,在24种风向角下分析了高层结构风荷载特性的群风效应,研究了结构的压分布特性与群风干扰效应。结果表明,现有《建筑结构荷载规范》的结构风压设计值不宜用于群风环境中高层结构抗风设计,而模型风洞试验可有效地反映群风环境中的结构风压特性;迎风面与背风面脉动压力系数较侧风面低,最大脉动压力出现在涡旋运动最强烈处,也是最大负压产生处;结构极值风压可以通过脉动风压的概率特性识别,进而对结构采取相应的加强措施。试验研究技术可靠,结果可用于该工程及类似工程的抗风设计参考。     

大跨度空间网架结构屋盖隔震设计研究

针对大跨度空间网架屋盖隔震结构响应的问题,采用简化后的质点力学模型,对其进行理论研究,分析质量比、刚度比、阻尼比对屋盖隔震结构地震响应的影响,以基底剪力最小为原则确定隔震层的最优参数.建立相应的三维有限元模型,对其进行屋盖隔震设计,分别与非隔震和基础隔震结构的响应对比.结果 表明:屋盖隔震结构由于隔震层直接设置在屋盖支撑处,能明显减小上部网架的杆件轴力和支撑处的剪力.虽然其隔震层位置较高,但对结构的基底剪力和屋盖的挠跨比仍有减震效果;对于下部框架结构,直接与隔震层连接的框架的层间位移角有所减少,但未直接连接隔震层的较远部分框架的层间位移角略有增大,在结构设计时不容忽视,应适当加强.     

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。     

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。     

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.     

大跨度球面网壳结构的风振系数研究

大跨度球面网壳结构应用日趋广泛,其结构特点使风荷载常常起主要甚至是控制作用,风振动力响应研究日益受到关注与重视。本文讨论了网壳结构风振响应时程分析计算方法,并采用节点位移风振系数来衡量网壳结构风振特性。对角锥型双层球面网壳结构进行了不同几何参数即跨度、矢高、球壳厚度等多种情况下的位移风振系数的研究,得出该类网壳的风振系数随几何参数的变化规律,并回归出计算公式,为双层球面网壳结构的抗风设计提供参考。     

弦支穹顶结构动力反应分析

以天津开发区商务中心大堂的弦支穹顶为研究对象,分析了弦支穹顶结构体系的自振特性,分别运用随机模拟风振分析方法和时间历程分析方法,对其进行了风振和地震反应分析,得到了结构在动力荷载作用下的响应时程,并对分析结果进行了频谱分析和统计分析。研究发现弦支穹顶结构的自振频率呈密集型分布,且振型复杂;结构的风振响应基本以受迫振动为主,没有出现明显的峰值共振现象;结构的地震响应在前几阶基频处出现了较为明显的峰值共振现象;从振动的幅值角度看,风荷载的动力作用效应相对于地震荷载要显著。     

广州新光大桥良态及台风气候抖振试验研究

采用Monte-Carlo台风随机模拟算法模拟台风风场特性并根据风荷载规范良态气候风环境参数建议的取值,在大气边界层风洞中利用被动紊流发生装置再现了广州新光大桥桥位处良态和台风两类气候模式风环境特征,详细比较了两类风环境新光大桥施工和运营状态、设计风速等因素对于新光大桥跨中主梁、主拱肋和施工塔架风致抖振响应的差异,初步解释了抖振响应差别的主要原因。     

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.     

超高层建筑风致振动的现场实测与数值模拟

通过采用现场实测和数值模拟方法,对某超高层建筑的风致振动特性进行研究。在建筑物顶部布置结构振动监测系统,对常态风和台风作用下的结构振动响应进行测量,分析加速度、位移幅值和结构的自振特性。以实测动力特性为基础,建立超高层建筑的等效气动弹性模型,采用平均风剖面入口,联合ANSYS和CFX对风场与建筑物的流固耦合振动进行数值模拟,得到不同顶部风速下,建筑物不同高度处的位移时程、气动力系数时程及频谱分析、尾流旋涡脱落模式。将数值模拟结果与现有的实测结果进行对比分析,表明该方法模拟流固耦合振动是可行的,并可为实际超高层建筑的抗风设计和舒适性计算提供技术依据。     

Wind-induced vibration control of bridges using liquid column damper

The potential application of tuned liquid column damper (TLCD) for suppressing wind-induced vibration of long span bridges is explored in this paper. By installing the TLCD in the bridge deck, a mathematical model for the bridge-TLCD system is established. The governing equations of the system are developed by considering all three displacement components of the deck in vertical, lateral, and torsional vibrations, in which the interactions between the bridge deck, the TLCD, the aeroelastic forces, and the aerodynamic forces are fully reflected. Both buffeting and flutter analyses are carried out. The buffeting analysis is performed through random vibration approach, and a critical flutter condition is identified from flutter analysis. A numerical example is presented to demonstrate the control effectiveness of the damper and it is shown that the TLCD can be an effective device for suppressing wind-induced vibration of long span bridges, either for reducing the buffeting response or increasing the critical flutter wind velocity of the bridge.     

高层建筑附着升降脚手架风振系数研究

附着升降脚手架是适应高层建筑,特别是超高层建筑施工需要的新型脚手架,近年来,在我国应用较为广泛。风荷载是该类脚手架的主导设计荷载,特别是当爬升至150m高度以上时,风荷载对脚手架的安全使用起着决定性作用。风振系数是脚手架风荷载计算中的重要参数之一。本文通过对脉动风作用下附着升降脚手架与建筑结构共同工作的随机振动分析,得到了附着升降脚手架在爬升阶段和下降阶段的风振系数表达式。对本文大量电算结果与现行国家标准和地方规程的有关规定进行了比较分析后认为,脚手架在爬升阶段和下降阶段的风振系数与所附着建筑结构的风振系数有着不同的数值及变化规律。现行国家标准和地方规程对于爬升高度超过100m时将某一位置处脚手架的风振系数用建筑结构在该点的风振系数来近似代替,或根本不计入风振系数的做法,会使得附着升降脚手架的风荷载计算在爬升阶段以及下降阶段产生不同性质或不同程度的误差。本文建议不论附着升降脚手架的使用高度是否已超过100m均应计算脚手架自身的风振系数。     

大连国贸大厦高层水箱风振控制研究及应用

本文针对一实际工程结构———大连国贸大厦,研究了风荷载作用下调液阻尼器的减振控制作用。首先建立了该结构的简化计算模型,利用Davenport谱给出了模拟风荷载。在大厦所处位置进行多次测量,得到实际风速样本。选取其中风速较大、过程平稳的样本,对实测样本和模拟样本的频谱进行比较,验证了模拟风荷载的合理性。文中将大厦顶层的生活水箱设计成可减小结构位移及加速度反应的控制装置TLD(tuned liqu id damper),根据不同工况进行数值计算,选出最佳方案,设计出可实际应用、并达到一定减振效果的减振水箱,以提高大厦在风荷载作用下的舒适度。