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.     

地震和风耦合作用下上海中心大厦结构易损性研究

随着城市人口的增加,越来越多的超高层建筑在中国各大城市涌现,在其全寿命周期内不可避免的会遭受风甚至地震等多灾害的作用。以上海中心大厦为分析模型,根据其场地条件,采用Benowitez在2015年提出的1种基于随机波的模型方法模拟不同高度处具有空间相关性的脉动风荷载时程。通过对Perform 3D有限元软件建立的上海中心大厦模型进行非线性动力时程分析,研究地震和风耦合作用下对于结构性能的影响,并基于多灾害需求生成结构在地震和风耦合作用下的易损性曲面来研究结构的抗振可靠度。结果表明:结构的响应和易损性随着风速和PGA的增大而显著增大;随着风速的增大结构的响应和易损性均有增大的趋势,但随着地震动的增大,风荷载对结构响应和易损性影响逐步减小。     

悬索跨越管道的顺风向风振响应分析

根据渭惠渠跨越段工程中某悬索跨越管道的工程实例,利用MATLAB软件编制了悬索跨越管道的空间相关性风场的模拟程序,模拟风速的功率谱密度函数与目标功率谱均吻合较好,说明本文方法具有较高的精度。将风速转换为风荷载,并施加在悬索跨越管道的有限元模型上,进行风振响应分析,获得结构的位移和加速度时程曲线及构件的应力分布情况,结果表明该悬索跨越管道结构在风荷载作用下是安全的,为同类结构的抗风设计提供参考。     

考虑叶片与塔架耦合作用的风电塔架风振响应分析

现有的风力发电塔架风振响应分析大多忽略叶片与塔架的耦合作用,而由于叶片质量和扫略面积较大,对风力发电塔架风振响应分析的影响不可忽视,因此,在风电塔架的研究中考虑叶片对塔架的影响,其结果会更加接近实际情况。本文考虑叶片与塔架耦合作用对风力发电塔架风振响应的影响,建立了相应的力学模型和运动方程。分别对有无叶片塔架耦合作用进行模态分析,比较了两者的固有频率。并通过MATLAB软件编写程序得到脉动风荷载时程曲线,最后在ANSYS中对风电塔架脉动风荷载进行时程分析,得到两种不同风电塔架模型的风振响应时程曲线,比较了两者在同一高度处的位移、速度和加速度反应,为进一步研究实际风电塔架结构提供了可靠的理论依据。     

输电塔风振疲劳可靠性分析

基于时域理论研究输电塔在风振作用下的疲劳可靠性问题。本文采用Davenport谱模拟脉动风速,通过分析计算杆件内力,得到风荷载时程数据。利用分析软件SAP2000建立结构的有限元模型,将时程荷载施加到结构有限元模型上,求得输电塔关键杆件应力时程响应。采用雨流法统计分析应力时程数据,得到应力循环幅值及其应力均值。基于疲劳理论的Basquin方程、Miner累积损伤准则以及Goodman修正方程,推导出处理疲劳问题的概率数学模型。结合平均风的分布概率以及计算结构疲劳寿命的方法,得到关键杆件在一定可靠度下的疲劳寿命。通过文章分析可知,随着可靠度数值的变化,结构的疲劳寿命相差极大。     

近地面脉动风速时程的分形模拟研究

风荷载是不可忽略的结构设计参数,而风荷载大小是由风速决定的,所以风速时程的模拟非常重要。本文根据实测的近地面脉动风速时程,计算了其分形盒维数,进而采用具有分形特性的随机函数模拟了脉动风速时程。然后,提出了考虑空间相关性的脉动风速时程分形模拟方法,并将模拟结果与实测脉动风速进行了分形盒维数、概率分布、功率谱和互相关系数的对比,发现两者很相似。本文所提出的近地面脉动风速时程的分形模拟方法弥补了传统模拟方法的不足。     

军山斜拉桥非线性时域抖振分析

武汉军山大桥是跨越长江的中跨跨径很大的斜拉桥，在脉动风作用下，其线性抖振响应较大，动力放大系数基本上大于2。为了比较该桥非线性抖振响应与线性抖振响应的差别，本文根据某地短期的实际风速时程记录资料，在一定的概率下，对该地区100年一遇的极值风速时程进行抖振分析比较。计算结果表明，对于该桥说来非线性影响不是很明显。     

节点刚度变化下角钢塔静力和风振响应分析

使用有限元分析软件ANSYS,研究节点刚度对自立式角钢塔结构静力性能和风振响应的影响,主要研究内容有:采用线性滤波法中自回归AR模型和MATLAB编程模拟了脉动风速时程;建立考虑节点刚度的角钢塔模型,研究了静力和风振作用下节点刚度对结构内力和位移的影响。分析结果表明:节点刚度对角钢塔的静力性能和风振响应影响显著。     

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。     

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。     

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.     

适用于结构时程分析法的输入地震波

本文对建筑结构抗震设计时程法所需的输入地震波提出一种基于规范反应谱的、与设防烈度、场地条件、设计近震或远震、结构自振特性有关的选择原则和方法。按远、近震和四类场地标定了反应谱、延性谱和积累损伤谱。通过对六幢不同高度的剪切和弯曲型结构模型的弹塑性分析,表明离差很小。建议在进行结构时程法分析时,按地震加速度反应谱特定的分布规律选择4条加速度记录作为输入计算。两个实际的例子表明按上述方法计算的结果与按底部剪力法计算的结果基本相符。     

Dynamic property and seismic performance of square-based membranous latticed shells

The basic natural vibration property of the square-based single layer membranous latticed shell is analyzed using the subspace iteration method. Then, the seismic performances of the structure are studied in detail by the mode-superposition response spectrum method, and the reasonable combination number of vibration modes in seismic analysis by the mode-superposition response spectrum method is investigated. In addition, the formulas of seismic time-history response of a long-span spatial structure are deduced considering geometrical non-linearity, and the corresponding computer program is developed. The results by the response spectrum method and those by the time-history method are, then, compared. The researches show that, the seismic performance of the square-based membranous latticed shell is comparatively well, and the reasonable combination number of vibration modes is 15 in the vertical seismic analysis of this kind of structure by the mode-superposition response spectrum method, whereas, it is 60 in the horizontal seismic analysis. Moreover, the results of the vertical seismic analysis of the structure by the mode-superposition response spectrum method are on the safe side, whereas, in the horizontal seismic analysis of the structure, the results must be checked by the time-history method at the end. All this work will provide theoretical guidance to the actual engineering application of this structure.     

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。     

太湖风生流的三维数值模拟

建立了太湖三维风生流数值模型,并用差分法求解;垂直方向上采用了坐标变换技术,把任一节点的水深转换成无量纲水深,从而有效地消除了因风力作用造成的自由水面波动和湖底不规则的影响;水平面上采用锯齿网格处理,对于四周以闭边界为主的湖泊水域,显得比较合理。计算结果表明,湖泊风生流沿垂直、水平方向都有较大变化,流向上下、水平也并不一致,这是湖泊水流区别于其它水域水流之所在。计算模拟显示所建模型的有效性和可操作性。     

Non-linear buffeting response analysis of long-span suspension bridges with central buckle

The rigid central buckle employed in the Runyang Suspension Bridge (RSB) was the first time it was used in a suspension bridge in China. By using a spectral representation method and FFT technique combined with measured data,a 3D fluctuating wind field considering the tower wind effect is simulated. A novel FE model for buffeting analysis is then presented,in which a specific user-defined Matrix27 element in ANSYS is employed to simulate the aeroelastic forces and its stiffness or damping matrices are parameterized by wind velocity and vibration frequency. A nonlinear time history analysis is carried out to study the influence of the rigid central buckle on the wind-induced buffeting response of a long-span suspension bridge. The results can be used as a reference for wind resistance design of long-span suspension bridges with a rigid central buckle in the future.     

混沌遗传算法在高层结构风振控制优化中的应用研究

将混沌遗传算法(Chaos Genetic Algorithm,简称CGA)引入高层结构的风振控制优化中,对采用黏弹性阻尼器来控制风振响应的高层结构进行参数优化;用Matlab语言编制了均布法、迭代法、简单遗传算法(Simple Genetic Algorithm,简称SGA)和混沌遗传算法的风振控制优化分析程序;对9个高层结构进行风振控制优化,对比了算法程序的计算效率以及无控、均布、迭代、SGA和CGA工况下的结构风振响应。研究结果表明:混沌遗传算法可以应用于高层结构风振控制优化之中;混沌遗传算法的计算效率比简单遗传算法最高提升了29%;经混沌遗传算法优化后,黏弹性阻尼器附加给结构的附加阻尼比与均布和迭代相比最高分别提高了61%和22%,CGA工况的顶层加速度响应与均布和迭代法相比最高分别减小了14%和12%。为高层结构风振控制优化研究提供了新思路,具有一定的理论价值和实际意义。     

四渡河大跨悬索桥空间地震响应分析

非一致激励输入对大跨结构响应有着较大影响。本文以四渡河悬索桥为背景,首先根据该桥动力特性对规范反应谱进行调整,基于修正反应谱并考虑相位非平稳性合成地震动位移;然后编制了调索程序来确定有限元模型的初始平衡构型;采用时程法,分别分析了在纵桥向、横桥向以及竖向的非一致激励(行波输入、多点输入)下的悬索桥地震响应。计算结果表明,纵向非一致激励输入增大了悬索桥的地震响应,横向、竖向非一致激励输入的影响有增有减。     

磁流变阻尼器对高层建筑风振反应的半主动控制

本文探讨了磁流变阻尼器在高层建筑风振控制中的应用，在经典线性最优控制理论的基础上，根据磁流变阻尼器的特点，提出了一种新型的半主动控制策略，应有该方法对一40层的钢结构的风振反应进行了计算机模拟，结果表明，采用磁流变阻尼器对高层建筑进行半主动控制的能够有效减小结构的风振反应。