超高层建筑在脉动风致响应下数值模拟研究

近年来大量超高层建筑结构与风荷载相关的研究工作相继开展,取得了很多有意义的成果。文章以某超高层建筑为例进行了研究,在随机风致振动影响下,叙述了风荷载特性与脉动风荷载的数值模拟方法。采用Matlab软件分析了结构在x、y两个不同方向在脉动风荷载作用下的时程响应,为提高结构的安全舒适使用性能以及为该结构的风振控制设计提供了...     

某高层建筑风致振动惯性力的试验研究

利用高频天平,通过缩尺比为1：500的模型风洞试验,测量了在16个来流风向下某高层建筑模型底部的风荷载．根据试验结果,计算了该高层建筑的风致动态响应;结合当地的气象风速资料,并通过概率分布计算,给出了50a重现期风速下的风致振动惯性力最大值,从而为该高层建筑的设计提供了风荷载依据。     

基于改进线性滤波法的某超高层建筑风振反应分析

采用离散傅立叶变换和快速傅立叶变换技术对传统线性滤波法的自相关Toeplitz矩阵进行了改进,提出了改进的线性滤波法.考虑结构空间相关特性,基于改进的线性滤波法模拟研究了高层结构的顺风向和横风向脉动风荷载,并对高层结构的风致振动响应进行了分析研究.结果表明,改进的线性滤波法不仅能保证计算结果的精度和计算效率,而且采用该改进方法得到的脉动风荷载时程能有效计算高层结构的风致振动响应,有利于工程设计人员精确掌握结构风致振动特性.     

大跨越高压输电塔线体系风致振动的研究与进展

通过对大跨越高压输电塔线体系风致振动近20年来国内外研究成果的总结,阐述了高压输电塔线体系在风荷载下结构振动特性研究的发展历程.首先简要介绍了高压输电塔线体系风致振动的研究内容和现状,然后从风致振动的研究对象、风致振动的机理和风致振动的分析方法3个方面,分别探讨了高压输电塔线体系风致振动研究发展的现状和所面临的问题,最后对塔线体系风致振动研究的未来趋势进行了展望.     

基于SMA阻尼器的输电塔风振控制

 根据SMA 阻尼器的工作原理和输电塔的振动特性,提出应用SMA 阻尼器对输电塔风致振动进行控制。应用有限元软件建立输电塔和阻尼器的有限元模型,基于Matlab 软件,采用线性自回归滤波器法模拟随机脉动风荷载的时程样本;应用能量法计算所需阻尼器数量,根据阻尼器的工作原理和输电塔结构特点设计不同的阻尼器布置方案;对不同方案进行结构风致振动瞬态响应仿真,提取各方案控制点位移和加速度时间历程进行比较分析。模拟了多种风荷载,进一步对各方案的控制效果进行了对比分析。结果表明:SMA 阻尼器对输电塔风振控制效果较好;将阻尼器布置在塔头上,可有效控制塔顶位移,减振率在28%以上;在塔身上布置阻尼器,可有效控制塔顶加速度,减振率在66%以上。通过综合比较,选出了阻尼器的最佳布置方案。     

基于形状记忆合金阻尼器的结构风振控制分析

为了控制风作用下建筑物的振动,将一种新型形状记忆合金(shape memory alloy,简称SMA)阻尼器安装在20层的电视塔结构模型上,建立了在该阻尼器作用下的框架结构动力学平衡方程及其求解方法,并运用Matlab对其进行了田浦台风风谱作用下的框架结构风振控制实验的数值模拟,先后得到了风速风载时程曲线图、控制前后的振动位移曲线图和速度时程曲线图.结果表明,在该种阻尼器的作用下,框架结构的抗风位移响应效果明显,结构的风致振动衰减速率有显著提高.     

双悬臂状态高墩连续刚构桥的风振及控制研究

高墩连续刚构桥是跨越山谷深壑的主要桥型之一。对于尚未合拢、处于双悬臂状态的连续刚构桥风振效应是其冬季停工期间的应重点考虑的安全问题。通过对双悬臂状态雁宿崖大桥的抖振时程分析,计算了双悬臂状态连续刚构桥在风荷载作用下出现的横桥向振动响应。研究了悬臂长度、风速与横向位移之间的关系,并提出用缆风绳抑制风致振动的措施。分析表明,缆风绳能有效减小双悬臂状态下的连续刚构桥风致振动。     

基于TMD的通信铁塔结构风振控制研究

5G通信时代的到来对通信铁塔结构可靠性提出了更高要求.为控制铁塔风致振动,以工程中某35 m高通信铁塔为研究对象,根据实际场地条件,基于线性滤波法生成风速时程,分别计算铁塔在规范风荷载和时程风荷载下的结构响应,并对比验证;最后引入TMD装置对铁塔进行风振控制设计与研究.结果表明,通过线性滤波法生成风速时程并计算通信铁塔...     

强风作用下轻钢房屋的风致破坏机理及风灾防御

轻钢房屋凭借其质量轻、工业化程度高和施工速度快等特点而广泛应用于低矮工业建筑中,但由于其对风荷载比较敏感,在强风条件下常常发生轻钢房屋的风致损坏事故并导致巨额经济损失.本文通过对灾后的调研,分析了轻钢房屋在强风条件下的风致破坏模式,用数值模拟分析了轻钢房屋的风致破坏特点,探讨了轻钢房屋风致破坏的机理,从工程施工角度分析了轻钢房屋的风致破坏原因并提出了相应的风灾防御建议.     

风力机塔架结构风振试验的模化方法(英文)

本文讨论了风力机塔架相似模型的建立,并把强风瞬时风速记录变换为符合相似条件的风模型。采用激振器对塔架模型做模拟风激振试验以及在静风荷载作用下塔架模型的光弹实验。完成上述工作,即构成了完整的风致振动的模化实验方法。     

空间网壳结构风振抑制的动态矩阵预测控制分析

将传统预测控制方法进行改进并应用于空间网壳结构风致振动控制,采用动态矩阵预测控制理论来定义衰减函数参考轨迹,以适应空间网壳结构的风振控制特点,建立了空间网壳结构风振预测控制系统模型,采用多种结构响应反馈机制,选用典型网壳模型进行风荷载作用下的预测控制计算和控制效果分析.通过改变空间结构模型参数,探计了空间网壳结构风振的动态矩阵预测控制的鲁棒性.     

考虑下部结构支承刚度的大跨度屋盖风致响应分析

在对广州国际体育演艺中心实施刚性测压模型风洞实验的基础上,对分别采用整体模型与简化整体模型对其上部大跨度空间屋盖钢结构的风致动力响应进行对比分析与研究。同时,在分析结构风致振动响应计算方法时,分别采用传统的多阶自由振动模态和基于荷载的Ritz向量模态进行对比分析,其中基于荷载的Ritz向量求解所需的初始荷载模式通过本征正交分解(POD)技术获得。研究结果表明:简化整体模型风致响应的计算结果比整体模型的风致动力响应稍大,其主要原因是在采用相同数目的参振模态时,简化整体模型所包含的对屋盖风致响应有直接贡献的模态比整体模型的模态多;所提出的基于屋盖表面风荷载的Ritz向量法求解仅使用少数参振模态,即可获得传统模态叠加法同样精度的风致振动响应,说明该方法是有效的。     

起伏地形下复杂形体大跨网格结构风压与等效静风荷载数值模拟

以大跨空间建筑结构实际工程为对象,数值模拟分析复杂形体大跨网格结构在起伏地形下的风压分布、风载体型系数和等效静风荷载.运用Fluent软件计算不同风向角下的结构风载体型系数,发现风向角对结构风载体型系数影响较大.基于谐波叠加法模拟生成风速时程并转化为风压时程,采用ANSYS软件建立结构有限元模型,施加模拟所得的风压时程和风载体型系数,分析结构风致动力效应.定义风振动力放大因子以考虑共振响应的影响,并将其与特定时刻的瞬时风压分布相结合以形成结构的等效静风荷载.数值计算分析了基于基底竖向反力最小值的等效静风荷载及其分布.     

基于Ritz-POD法的格构式塔架结构风致振动分析

根据自立式塔架结构脉动风荷载的空间分布形式,实现了本征特征分解(proper orthogonal decomposition,POD)和基于荷载-里兹模态分析相结合的Ritz-POD算法求解Ritz振型,并结合谐波激励法(harmonic excitation method,HEM)和荷载-响应相关法(load response correlation method,LRC)实现了塔架结构风振响应和等效静力风荷载(equivalent static wind load,ESWL)的高效分析。计算结果表明:采用40阶基于荷载-里兹振型和100阶传统自由振动振型计算的节点风振响应和等效静力风荷载结果及变化规律一致且二者吻合度高,说明较少阶Ritz振型的计算精度是能够保障的。并且较少阶Ritz振型减少了谐波激励法与荷载-响应相关法的运算工作量,提高了风致振动分析的效率。另外,本文利用大型通用有限元软件SAP2000基于MATLAB系统的应用程序接口(API)开发环境,实现了塔架结构风致动力响应和等效静力风荷载的高效分析平台,可为其他大型复杂工程的风致振动分析提供参考。     

钢拱塔施工和成塔状态的风振控制

为了研究拱形钢塔在施工阶段和成塔状态时的风致振动控制方法,建立了之江大桥施工及成塔状态的拱形钢塔有限元模型,采用改进谐波合成法模拟了脉动风荷载并作为输入,对加设MTMD的施工及成塔状态的钢拱塔进行了动力时程分析。利用ANSYS参数化设计语言(APDL)编制了计算程序,以精确求解钢拱塔顶部的最大位移与加速度的减振率,进而对MTMD系统进行了参数分析,研究了质量比μ、TMD的数量m、阻尼比ξT和带宽β对MTMD系统减振效果的影响,并得到了最优化的参数值;并设计了可控制钢拱塔面内(施工)与面外(成塔)振动的MTMD系统,提供了工程施工所需的具体设计参数值。研究结果表明:当钢拱塔从施工状态变为成塔状态时,其基阶振型也由面内振动转变为面外振动,在这体系转换过程中,钢拱塔容易发生风致振动;建议了施工和成塔状态的MTMD系统的最优参数值,即μ=0.01、m=12、ξT=0.05、β=0.1(施工)和β=0.2(成塔)。所设计的可转动的MTMD系统可以有效地控制钢拱塔的风致振动响应,并可为同类工程的建设提供科学依据和参考。     

张拉膜结构风振响应的数值风洞模拟

膜结构作为一种风敏感结构,其风致振动需考虑流固耦合效应.建立膜结构风振响应的数值模拟平台,该平台调用已有的结构计算模块ANSYS以及流场求解模块CFX,并开发了大位移边界下的动态网格更新以及流固耦合边界的自匹配功能,从而实现了膜结构风振响应的数值模拟计算.利用该平台对工程应用较为广泛的典型张拉膜结构进行了初步风致振动响应研究.数值模拟结果显示:张拉膜结构的风振是由结构多个模态的耦合叠加所组成,其风振响应体现了结构较强的几何非线性特征;来流的风速大小、风向角以及张拉膜的预张力、矢跨比等因素都会对结构的风振响应产生一定的影响.     

大跨度张弦桁架雨棚结构等效静风荷载数值模拟

基于谐波叠加法模拟生成风速时程并转化为风压时程;采用ANSYS建立结构有限元模型,施加模拟所得的风压时程,计算分析结构风致动力效应;给出风振动力放大因子定义,将其与基于特定时刻的结构瞬时风压分布相结合,进而提出等效静风荷载新内涵.运用数值模拟分析,给出了基于结构立柱基底竖向反力和桁架跨间位移的等效静风荷载.     

单向张弦梁结构风振系数的研究

针对大跨网架屋盖风致振动问题,采用时程分析方法,在有限元建模的基础上,采用改进的线性回归滤波器法进行脉动风荷载模拟,应用所得的数据,对广州国际会展中心单向空问张弦梁屋盖结构的位移风振系数和内力风振系数进行了研究,得到了一些张弦梁结构位移风振系数和内力风振系数的变化规律.     

张拉结构风致振动理论和试验研究

为了研究张拉结构风致振动机理和规律,采用风洞试验、流固耦合数值模拟方法(FSI)和频域方法对单片张拉膜结构、张拉膜结构屋盖和单层平面索网的风致振动响应进行了分析.利用风洞试验,研究了来流湍流度、风速、风向角、膜面张力等不同工况对结构测点位移和根方差的影响.采用数值模拟和频域方法,分析了典型风洞试验工况,并与试验结果进行对比,以验证理论分析方法的可靠性.结果表明:在紊流风作用下,单片索膜做随机受迫振动,振动以背景响应为主,FSI数值模拟、频域法与试验结果较为接近;膜结构屋盖在特征湍流作用下发生颤振,数值方法尚未模拟出这一现象;玻璃面板刚度可以有效降低单层索网风致振动响应.     

某双悬臂渡槽风致破坏原因分析

介绍了某双悬臂渡槽的结构及风致破坏情况,论述了渡槽静力风荷载与等效脉动风荷载的计算方法,指出渡槽等效风荷载的计算方法有别于桥梁和建筑结构,有其自身的特点.根据作用在某渡槽结构上的风荷载响应,分析了该渡槽风致破坏的原因：低估了结构静风荷载,忽略了结构脉动风荷载的影响;结构自身的抗风构造缺陷.