超高层建筑风致振动的背景与共振响应相关性

国内外风工程界在超高层建筑结构的风振分析中习惯把风振响应分为背景和共振2部分,再通过平方和开方法计算结构总的响应,这种处理方法忽略了背景与共振分量的相关性,从而有可能导致风振响应的计算结果产生误差.文章以530 m高的广州东塔为例,进行高频底座天平测力风洞试验,采用近似算法与精确算法分别计算其风振响应,对背景响应和共振响应的相关性进行分析,并采用相关性系数来定量表达2者的相关性.结果表明,对于本案例,多数风向角下2者的相关系数大致在-10%~10%之间变化,但在结构响应峰值处其相关系数往往较大,最高可达-86%.忽略背景响应与共振响应的相关性在部分情况下会导致响应被低估,而在有时则会导致响应被高估.因此,建议直接采用精确算法计算超高层建筑的风振响应.     

北京奥林匹克中心演播塔TMD风振控制

以北京奥林匹克中心演播塔为工程背景,研究了调频质量阻尼器(TMD)对高耸电视塔在强风作用下风振响应的振动控制.将该塔的三维空间模型简化为二维模型;基于随机振动理论,利用M.Shinozuka方法对该塔的脉动风荷载进行数值模拟,得到了脉动风荷载时程曲线;在此脉动风荷载作用下,SAP2000三维空间模型的计算结果和二维模型的计算结果相吻合,而且利用三维模型进行计算,大大节省了时间;以该塔顶层的风振响应为优化目标,对TMD的参数进行了优化研究.结果表明,该塔的风振响应超过了规范的容许值,设置TMD后该塔的风振响应有明显的减小;在TMD最优参数下,该塔的风振位移响应和加速度响应的减振率分别为43.1%和29.5%;TMD对该塔的风振响应有明显的控制作用.     

高耸结构考虑风与结构耦合作用的非线性风振响应

虽然在通常的结构风振计算中不考虑风荷载与结构的耦合作用，但是对基频较低的高层建筑和高耸结构，风与结构的合作用不容忽视。根据风的统计特征，将风速模拟成时间的函数，然后在结构的运动微分方程中考虑风速与结构速度的耦合作用，采用逐步积分法在每一时间步内求解方程，最后得到结构的风振响应。算例表明对高耸结构应考虑风与结构的耦合作用。     

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．     

粘滞流体阻尼器对电视塔的风振响应控制

以合肥电视塔为工程背景,探讨了粘滞流体阻尼器对高耸电视塔在强风作用下风振响应的振动控制.按照随机振动理论,仿真得到了作用在电视塔上的19维互相关的人造脉动风压时程样本曲线,并利用时程样本进行了电视塔的风振响应分析;建立了一种双模型的动力分析方法.对安置了粘滞流体阻尼器的合肥电视塔进行了控制分析;以上塔楼的风振响应为优化目标,对阻尼器的参数进行了优化设计.研究表明,电视塔的风振响应峰值超过了规范的容许值,设置了粘滞流体阻尼器后电视塔的风振响应均有明显的减小,阻尼器消耗了大量的结构能量,采用最优阻尼参数使上塔楼加速度峰值响应下降了43.4%.     

斜拉网格结构的风振响应分析

在简要介绍脉动风荷载的生成及拉索的多单元有限元模型的基础上,采用随机振动的动力时程法计算某斜拉网格结构的风振响应,并进行了参数分析。计算结果表明,与无拉索的网格结构相比,斜拉网格结构的脉动响应较小。在斜拉网格中考虑拉索本身风振与不考虑拉索本身风振,结构的风振响应差别较小。拉索的脉动响应主要与其所处的位置有关。     

超大型冷却塔阻尼比现场实测及风振效应影响

以国内7座大型冷却塔现场实测阻尼比识别数据为基础,选取其中高位收水冷却塔为对象,基于实测阻尼比取值范围设置4种阻尼比(分别为0.5%、1%、2%和3%)计算工况进行风振响应完全瞬态分析,并将计算结果与规范阻尼比(5%)下的风振响应进行对比.在此基础上,提炼出了阻尼比取值对高位收水冷却塔风振平均和脉动响应特性的影响,并基于5种风振响应及3种等效目标计算了不同阻尼比下的风振系数,探讨并归纳了不同阻尼比、响应目标和位置对结构风振系数取值的影响规律,最终采用非线性最小二乘法提出了以阻尼比和子午向高度为目标函数的风振系数拟合公式.主要结论可为此类高位收水冷却塔风振动力分析阻尼比取值提供科学依据.     

多TMD控制下超高层建筑风振响应的快速算法及其应用

基于谐波激励法,提出一种适合大型复杂结构多调谐质量阻尼器(MTMD)风振控制的快速算法,该算法可根据刚性模型风洞试验获取的风荷载时程数据计算结构在MTMD作用下的风致响应.以高度为439 m的深圳京基金融中心(KFT)的风振控制为例,计算了单调谐质量阻尼器(STMD)作用下的结构风致响应,分析了STMD固有频率、阻尼比及质量等参数对结构风致响应的影响,进而对不同形式MTMD的结果进行对比分析.研究表明:采用快速算法进行风振控制计算是正确有效的;安装在顶层的STMD可有效控制KFT的风振响应;在TMD总质量相同的条件下,采用MTMD较STMD对结构的控制效果有所减弱,但MTMD方式仍可使结构顶部的峰值加速度响应降低约30%.     

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.     

高层建筑顶部悬挑飘板幕墙风振响应分析

越来越多的高层建筑在其顶部设置了外形美观的悬挑飘板幕墙。本文采用频域内的风振响应谱分析方法,对高层建筑顶部悬挑平飘板幕墙简化模型的风振响应进行了分析,探讨了水平脉动风速谱、飘板所处高度和飘板刚度三个参数对其结构位移风振响应及风振系数的影响,以供实际工程设计参考。计算结果表明：不同风速谱计算所得风振响应相差较大,最大达到113.2%,风振系数相差较大,最大达到60.1%,;不同飘板高度所得风振响应相差较大,最大达到80.0%,但风振系数相差不大,在17.0%之内;不同的刚度所得风振响应相差较大,最大达到22.5%,但风振系数相差不大,最大仅为1.5%。     

大跨度索穹顶结构风振响应的频域分析

建立了考虑和不考虑上覆膜影响的两个有限元分析模型,针对一工程实例,进行了结构的模态分析以及风振响应的频域分析,得到了结构的脉动风振位移响应根方差.结果表明:参振模态的适宜取值随跨度的增大而增大;对于跨度100m以上的类似索穹顶结构,建议所选的参振模态数不小于450;CSM体系索、立杆节点的动位移根方差小于CS体系;CSM体系中膜面的耗能作用不可忽略;在风荷载作用下,CSM体系的脉动风能大部分由膜面耗散;对于跨度较大的索穹顶结构,顶部索膜结构对整体结构的风振响应有明显的影响.     

1000kV特高压变电构架风荷载及风致响应

1000kV特高压变电构架高度大、频率低,其风荷载及风致响应对结构设计起控制作用。本文通过高频天平测力风洞试验获得1000kV特高压变电构架塔架节段（A~D节段）、横梁和整体模型的基底剪力和弯矩,分析地貌类型和风向角对体型系数的影响规律,并与国内外相关规范进行对比分析,利用有限元方法计算结构风致响应并详细考察不同地貌下结构位移响应及风振系数随风向角的变化规律。研究结果表明:0o风向时,模型节段A~D三类风场（均匀流、A类和B类）体型系数之比分别为1:0.93:0.42、1:0.86:0.36、1:0.84:0.41和1:0.60:0.23。90o风向时,整体模型在三类风场下的体型系数均取得最大值3.40、2.42和0.97,比DL/T 5154-2012和ASCE7-16规范值大24%~40%。此外,结构塔顶位置X和Y方向位移响应均方根值分别在90o和0o达到最大值69.66mm和61.51mm,塔顶典型节点X和Y方向风振系数分别在0o和90o风向取得最大值2.61和3.27。     

考虑流固耦合的变截面圆柱壳钢塔风振分析

为了明确变截面圆柱壳钢塔的风振响应规律,基于流固耦合理论建立有限元计算模型,采用自回归模型(autoregressive model, AR)法对不同重现期基本风压对应的脉动风速进行了模拟,成功利用数值风洞方法计算了变截面圆柱壳钢塔在脉动风作用下的动力响应,并通过现场风振监测对数值结果的可靠性进行了验证。结果表明：在脉动风作用下,位移响应幅值沿着高度方向逐渐增大,风速越大,结构的位移响应越大,其中50年与100年重现期风速作用下结构响应差别较小,总体上没有超过结构的位移限值。应力沿高度方向逐渐减小,且在变截面位置存在应力突变的现象。风速越大,应力越大,沿着高度方向应力的差别越来越小,其中50年与100年重现期风速作用下超过脱硫塔在工作温度下的材料许用应力值(113 MPa)。因此,对于该类钢塔的抗风性能评估,底部和变截面处以应力控制为主,顶部以位移控制为主。     

DavenPort谱中系数K的计算公式及其工程应用

随着计算技术的发展，求解结构响应的时程分析法愈来愈受到重视，根据随机振动理论和我国风荷载规范，导出了Davenport谱中系数K的计算公式，确立了系数K与地面粗糙度指数之间的关系，保证了结构风响应时域解的规范性和可靠性，为时程分析法在风工程中的应用提供了极大的方便。     

风荷载作用下斜拉桥概率有限元分析

随着桥梁跨径的增大,风对桥梁结构的作用也越来越重要,而桥梁结构的抗风性能评价涉及到许多不确定性因素:设计风速、结构几何物理参数以及风与结构的相互作用的不确定性等。从结构几何特性以及三分力系数两个方面来讨论不确定性参数对结构静力抗风性能的影响,利用MonteCarlo数值模拟与有限元相结合的方法进行参数不确定性分析,并得到影响关键截面响应的敏感性参数;利用抖振反应谱理论计算了长江上某拟建公路大桥在成桥状态的抖振响应,同时考虑静风、脉动风作用,利用一次二阶矩(First OrderSecond Moment,FORM)方法计算主梁跨中截面可靠度指标。     

大型空泡水洞试验设施结构有限元分析

大型空泡水洞试验设施是目前中国规模最大的水洞系统,为评估其整体结构强度和抗震设计安全性,对空泡水洞结构进行三维有限元数值分析,考虑正常工作工况和地震载荷作用极限工况下的结构刚强度,基于振型分解反应谱法计算了地震惯性加速度载荷,并对结构地震位移响应进行校核。结果表明：空泡水洞的结构变形在正常工作工况主要表现为水洞内壁的膨胀变形,在极限工况下主要表现为由地震载荷引起的水洞顶部水平位移;空泡水洞高应力区域主要位于结构角隅处的筒壁和加强筋。这对中国自主研发大型空泡水洞具有重要的借鉴意义。     

大跨度空间钢管桁架结构的风振响应和风振控制研究

为了获得大跨度空间钢管桁架结构在风荷载作用下的实时受力、变形情况和风振系数,本文采用自回归法编制计算程序,数值模拟具有空间相关性的大跨度空间钢管桁架结构的多点风速时程,根据由风速时程转化的作用于结构的风荷载时程对两个大跨度空间钢管桁架结构进行风振响应分析和风振系数的计算.结果表明,编制的计算程序可较好地模拟大跨度空间钢管桁架结构的空间点风速时程,计算所得风速时程的功率谱与目标功率谱吻合较好;采用粘滞阻尼器后结构节点位移及杆件应力振动幅值均有所降低,可有效地减小结构的风振响应;根据风振响应的计算结果给出了可供设计参考的结构风振系数.     

钢框架-预应力索支撑结构断索动效应

为研究多层钢框架-预应力索支撑结构体系中预应力拉索在偶然荷载作用下突然断裂引起剩余结构振动响应的特征,采用瞬时加载法,借助大变形动力有限元软件ANSYS/LS-DYNA对底层一侧索支撑突然失效的一榀六层平面钢框架-预应力索支撑结构进行了动力响应的仿真分析。结果表明:剩余结构顶点侧移及与断索相邻关键构件端内力的动力系数均不大于2.0;顶点侧移、内力的最大值均发生在索完全破坏后;索的预拉力增大对断索后剩余结构的安全不利,但索直径变化对断索后的剩余结构影响不大;索的预拉力、直径变化对动力系数影响都很小。     

基于长期实测数据的西北地区风力发电场风速风向联合概率分布分析

为更准确地研究风力发电结构在风荷载下的结构响应,基于甘肃气象局提供的1981-2017年甘肃六地风速风向实测数据,对各地区的风速风向联合概率进行分析.抽取每天的最大极值风速及其对应风向为极值样本,统计分析得到各地区风速风向联合分布.将Gumbel,Frechet和Weibull分布函数线性化的基础上,利用最小二乘法拟合各分布函数参数,根据参数拟合结果推算各地区10,50和100年重现期的极值风速,并和各地区最大基本风速规范建议值进行对比.研究结果表明,考虑风速风向概率影响的基本风速更加符合实际情况,最大基本风速规范建议值偏于保守.     

架空碟形空间结构风场数值模拟和抗风优化

基于计算流体动力学方法,利用FLUENT软件对架空碟形空间结构的风场绕流特性和表面风压分布进行数值模拟,获得不同风向角下结构风压分布,分析了支撑柱高度、上碟面和下碟面矢跨比对风载体型系数分布和结构风致整体合力的影响.结果表明,支撑柱高度的选择既要有利于空气泄流,又要防止因高度过高引起风致整体合力的增大.研究发现,随着上下碟面矢跨比增加,迎风面正风压显著增大,背风面涡旋作用更加明显,结构风致整体合力呈增大趋势,碟面扁平化可明显改善结构抗风特性.给出的架空碟形空间结构抗风优化建议,可为该类结构抗风设计提供参考.