弦支穹顶结构的风振响应分析

在考虑了风向角和水平脉动风速谱对结构响应计算结果影响的前提下,采用完全二次型组合法(CQC法)对实际大跨弦支穹顶屋盖结构进行了风振响应的频域分析,得到了不同风向角下该弦支穹顶屋盖结构的风振系数,分析了参振模态数目对结构响应计算结果的影响,并将其他4种脉动风速谱与常用的Daveport谱的风振响应计算结果进行了对比.分析结果表明:结构不同区域的最敏感风向角不同,结构中心部位对45°风向角最为敏感,除中心和悬挑部位以外的其他部位对0°风向角最为敏感;所有区域对90°风向角最不敏感;结构的内力风振系数总体上较位移风振系数分布均匀;参振模态数对该实际结构响应计算结果的影响较为明显,因此建议选取的参振模态数不小于100.另外,Harris谱不适合用于该结构风振响应的频域分析.     

变电站引下线体系时域非线性风振分析

变电站引下线结构体系一般为分裂导线，且具有跨度小、高差大、线长短、上下连接的特点，强风引起的事故时有发生。为研究风荷载作用下引下线的非线性风振响应特性，利用AR模型法对脉动风荷载进行模拟，对引下线柔性体系进行模态分析和风振响应时程分析，研究了气动阻尼、风向角、跨高比、间隔棒数量等参数对风振响应的影响。结果表明，引下线体系响应有着明显的非高斯性。与常规水平大跨越输电线相比，其固有频率较高，气动阻尼影响较小。平面内风荷载会导致较大的反力响应，平面外风荷载会导致较大的位移响应；跨高比的增加会导致结构的反力响应增大，而位移响应减小。结构跨中位移响应均随着间隔棒数量增加而减少；而结构的端部反力在间隔棒数量为5时最小。引下线内力响应风振系数和位移响应风振系数并不一致，随跨度增大，风振系数呈减小趋势。     

单层柱面网壳的风振响应

在脉动风作用下单层柱面网壳结构的风振响应与一般高层高耸建筑的响应有较大的区别，其主要贡献模态一般不是第一模态，而往往分布在前数十阶模态．寻找对网壳结构风振响应有主要贡献的模态具有重要的意义．文中采用考虑高阶振型共振响应的综合模态法，计算了单层柱面网壳的风振响应，分析了自振频率、阻尼比等因素对共振响应的贡献，讨论了计算综合模态时所需的振型数；针对结构自振频率的密集性，揭示了考虑振型互相关性的必要性、影响振型互相关性的因素和计算振型互相关性所需的振型数，并给出了具体结构的位移风振系数和内力风振系数．     

大跨度中承式拱桥的耦合频域抖振分析

大跨度中承式拱桥的主拱风荷载相互干扰,其抖振响应具有多模态耦合的特点.文中基于结构的固有模态坐标,考虑风速沿主拱高度的变化,推导了拱桥结构的节点等效气动抖振力公式.同时,考虑作用于主拱的干扰风谱、风载的空间相干性及主桥与主拱的多模态耦合效应,进行了大跨度中承式拱桥的耦合频域抖振有限元分析.最后以重庆菜园坝长江大桥为例,计算了桥梁结构节点位移和单元脉动内力的功率谱密度和方差响应.分析表明,高阶模态对于大跨度中承式拱桥抖振响应具有较大的影响.此类大跨度中承式拱桥的抖振响应中水平脉动风速功率谱和竖向脉动功率谱的贡献较大,交叉脉动风功率谱可以忽略;与SRSS法相比,CQC法更好地考虑了多模态及模态耦合的影响.     

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.     

索膜结构的非线性风振响应

索膜结构是一种新型大跨度空间结构形式,该类轻柔结构对风的作用十分敏感,风荷载往往是结构设计的控制荷载.文中运用有限元程序对一实际索膜结构进行了自振分析,然后用自编程序进行了结构风振响应的理论分析,分析中考虑了风向、风速、膜预张力等基本参数对结构响应的影响,发现索膜结构的自振频率随膜预张力的增加而明显增大,风速对结构风振响应也有较大影响.     

考虑风与结构耦合作用的张弦梁结构风振响应分析

基于自回归(AR)模型考虑空间相关性,对张弦梁结构的随机脉动风进行数值模拟;利用有限元软件AN-SYS,考虑风速与结构速度的耦合作用,以材料阻尼模拟气动阻尼对结构进行风振响应分析,求得结构时程响应曲线;脉动风速样本的功率谱与目标功率谱比较结果吻合良好,表明所采用的随机过程模拟理论可靠,风速时程数据的计算机仿真程序有效;同时探讨参数变化对结构风振响应的影响.     

考虑土-结构相互作用渡槽流固耦合体风振响应分析

以排架渡槽为研究对象,分别建立考虑土-结构相互作用(SSI)效应和不考虑土-结构相互作用(SSI)效应下的三维渡槽-水流固耦合体风振计算模型,通过自回归滑动平均(ARMA)模型模拟脉动风,采用任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法求解渡槽和水体的耦合相互作用问题,针对不同水深工况,分别计算分析渡槽流固耦合体系在风荷载随机动力作用下的动力响应。研究结果表明:考虑SSI效应使得渡槽结构横槽向抗风刚度降低,导致结构风振位移响应增大;渡槽结构各部位最大主应力随槽内水深增大而增大,考虑SSI效应渡槽结构主应力稍大于不考虑SSI效应渡槽结构主应力;在脉动风荷载作用下,水深是决定渡槽倾覆力矩和动水压力的控制因素,土-结构作用的影响较小。     

脉动风作用下塔架结构的风振响应分析

 简述了应用线性滤波法中的自回归模型(AR)模拟出给定风速功率谱的风速时程序列,并验证其与目标谱(Davenport谱)的一致性,再通过规范公式推导脉动风载与风速之间的关系,从而得到作用在各节点的脉动风荷载时程样本。以某42m高的通信塔架为原型进行了模拟计算分析,用有限元分析软件ANSYS建立其有限元模型,并用Matlab获取了塔架迎风面各节点上的风荷载时程信号作为动力输入。利用ANSYS对结构进行了模态分析,结果显示结构的前几阶振动均是平面振动,第3阶振动开始出现扭转模态和局部振动模态;同时,基于ANSYS时程分析方法计算了结构在脉动风载作用下的风振响应。结果表明,在仅考虑脉动风作用的情况下,本塔架结构顶部的水平位移低于规范规定的位移限值,但塔架截面变化拐点处的弦杆在风载作用过程中会产生较大应力,在塔架设计中予以注意。     

网壳风振随机响应有限元法分析

针对网壳的空间三维受力特点,考虑多自由度空间相关性,多模态以及模态互在性作用的影响,提出了网壳结构的空间三维风振随机干扰有限元模型,并基于随机理以及振动理论,推导了脉动风作用下网壳结构响应的计算公式,编制了网壳风振计算分析专用程度Ｇｗｉｎｄ,通过大量算例分析表明,计算效率较高,可应用于网壳实际工程风振设计,文中还给出了几种典型工况下单层球面网壳的风振数值分析结果。     

索膜结构非线性风振响应研究

索膜结构是一种新型大跨度空间结构形式,该类轻柔结构对风的作用十分敏感,风荷载往往是结构设计的控制荷载。本文运用有限元程序对一实际索膜结构进行了自振分析,然后用自编程序进行了结构风振响应的理论分析,分析中考虑了风向、风速、膜预张力和脊索预拉力等基本参数变化对结构响应的影响,得到一些有工程实际意义的计算结果和结论。     

空间结构的气动稳定性分析

空间网壳及索膜结构由于外观形状复杂，结构的振动也不是以单一振型为主，因此传统的节段模型气动稳定性判别式不再适用，根据大跨空间结构的特点，考虑弛振临界风速与相应来流攻角的关系，并同时考虑了侧向气动力以及侧向气动力与竖向气动力的相互作用，推导了采用体型系数而不是升力系数和阻力系数表示的临界风速判别式，通过算例结果分析表明，如果忽略来流攻角和侧向气动力，对大跨空间结构的驰振临界风速有较大的影响。     

大跨屋盖结构风致动力响应高阶主导模态的识别

高阶模态的贡献在大跨屋盖结构风振响应分析中不能忽略.从模态空间分布和风荷载空间分布相关性强弱与模态对结构响应贡献程度的相互关系出发,提出了通过低阶主要贡献模态间接寻找风荷载强相关高阶模态的思想.在此基础上,通过对高阶模态响应方差矩阵的简化处理得到其等效矩阵.根据等效矩阵中对角线元素构造了高阶模态的模态参与系数,实现对高阶主导模态的识别,有效考虑了高阶模态的贡献.最后,通过对2008年北京奥运会网球中心屋盖结构的风振响应分析对所提出方法的有效性进行了验证.     

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。     

Software Practicalization for Analysis of Wind-Induced Vibrations of Large Span Roof Structures

Wind loads are key considerations in the structural design of large-span structures since wind loads can be more important than earthquake loads, especially for large flexible structures. The analysis of wind loads on large span roof structures (LSRS) requires large amounts of calculations. Due to the combined effects of horizontal and vertical winds, the wind-induced vibrations of LSRS are analyzed in this paper with the frequency domain method as the first application of method for the analysis of the wind response of LSRS. A program is developed to analyze the wind-induced vibrations due to a combination of wind vibration modes. The program, which predicts the wind vibration coefficient and the wind pressure acting on the LSRS, interfaces with other finite element software to facilitate analysis of wind loads in the design of LSRS. The effectiveness and accuracy of the frequency domain method have been verified by numerical analyses of practical projects.     

肋环型单层曲板网壳结构的风振响应及等效静风荷载

分析了肋环型单层曲板网壳结构的风荷载和风振响应,并对采用不同方法计算结构等效静风荷载的精度进行了比较.风洞试验结果表明:肋环型单层曲板网壳结构屋面主要受负风压作用;但在90°风向角下,由于体育馆受前方入口建筑的影响,屋盖边缘局部出现正风压.风振响应分析结果表明:有多阶振型参与结构的风致振动,高阶模态影响不可忽略;为保证结构表面所有节点位移准确,结构的模态耦合项不能忽略.但如果只保证较大位移处的准确性,忽略模态耦合项的SRSS方法也是可取的.利用LRC惯性力法和改进LRC方法计算肋环型单层曲板网壳结构的等效静风荷载,可以保证所有风向角下节点的最大位移等效,但不能保证所有节点的位移等效.     

漏斗形开敞式膜结构的风致振动效应分析

采用谐波叠加法模拟风速时程,将风速时程转换为风荷载时程施于漏斗形膜结构,分析膜结构风振响应,获得结构各区块风致动力放大系数.计算表明：漏斗形敞开式膜结构各节点位移响应较为稳定且具有周期性,速度响应曲线和加速度响应曲线均较稳定;结构表面不同部位的风振响应差别较大,迎风面的风致动力放大系数较高,背风面风致动力放大系数平缓.     

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。     

某大跨网壳的风致响应影响参数分析

在设计大跨结构时,风荷载是被控制的主要因素。为探讨地面粗糙类别、基本风压、阻尼比和风向角对大跨结构风致响应的影响,以重庆某体育场大跨网壳屋盖为研究对象进行了数值模拟分析。计算结果表明:对于大跨结构,采用随机振动分析时需考虑高阶参与振型的影响,当地面粗糙类别由A类向D类变化时,风致响应会逐渐加强,随基本风压的增大,也会使得风致响应逐渐加强,随阻尼比的增大,风致响应会逐渐减弱,风向角的变化对风致响应影响较大。