X型超高层建筑的三维风荷载及风振响应

以某X型超高层建筑为工程背景,研究了该超高层建筑顺风向、横风向以及扭转风荷载系数沿高度方向的分布规律.以质量和刚度相同、动力特性相近为原则使用简化的自由度缩聚模型代替结构精确有限元模型,计算结果显示结构位移与加速度响应均以一阶模态响应为主,该模型代替精确有限元模型能够满足工程计算需要.对质量中心和刚度中心重合的结构,扭转加速度响应在合加速度响应中占有的比例较小,结构在3个方向上振动的耦合程度不高.提出的合成位移投影方法计算出的沿坐标轴方向的风振系数能够保证X和Y方向最大位移与合成位移最大值的同步性,并考虑了横风向风振的影响略大于顺风向风振系数.     

邻近建筑对超高层建筑风振响应的干扰效应

在同济大学TJ-2边界层风洞中进行了上海环球金融中心气动弹性模型的风洞试验,分析了距离较远且高度约为环球金融中心一半的周边建筑以及距离较近且高度与环球金融中心相当的金茂大厦对环球金融中心顶部平动和转动平均位移、均方根位移和绝对最大加速度的干扰效应.结果表明:当高层密集建筑群(不考虑金茂大厦)集中在上游或上游偏一侧时,会对平均值和均方根有一定的影响,特别是扭转响应,当高层密集建筑群集中在下游时,影响很小;当金茂大厦位于环球金融中心的上游或上游稍偏一侧时,会减小环球金融中心的平动平均位移响应,表现为挡风效应,其尾流会增大环球金融中心的平动均方根位移响应,而当遮挡效应使得平均或脉动压力在形心轴两侧分布不均时会增大转动平均或均方根位移响应.与以往研究不同的是,当金茂大厦位于环球金融中心下游或下游偏一侧时,会改变环球金融中心的漩涡脱落频率,当漩涡脱落频率和结构第一阶固有频率接近时,会在该频率振动方向产生显著的涡激共振现象.当金茂大厦位于环球金融中心一侧时会产生狭道效应(穿堂风),可能会对水平和扭转的平均和均方根位移响应产生影响,视狭道方位和压力分布状况而定.     

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%.     

超高层建筑风压的频域特性

对10个典型的超高层建筑模型进行了细致的风洞试验，对模型表面的脉动风压系数的功率谱、水平相关系数和竖向相关系数、水平和竖向相干函数进行了细致分析，讨论了风场对脉动风压频域特性的影响．迎风面脉动风压的主频接近来流脉动风速主频；而侧面脉动风压的能量主要集中在漩涡脱落频率处．脉动风压的水平和竖向相干性均高于风速的相干性．     

表面粗糙度对双曲冷却塔风压分布的影响

对不同粗糙条参数组合下冷却塔风压分布进行测试,分析粗糙度对平均风压和脉动风压的影响.研究结果表明:粗糙条宽度b对风压分布影响较小,而粗糙条高度k和数量n影响较大;粗糙度系数k/s能较准确描述粗糙度大小,当k/s一致时,不同粗糙条数量n与高度k组合下的平均风压基本一致,但高度大的脉动风压小;粗糙度对正压分布和背压大小影响较小,而最小负压系数幅值、脉动风压系数峰值随粗糙度的增大而减小,背压稳定区宽度则略有扩大;尽管通过增大模型表面粗糙度能有效地在较低雷诺数条件下实现高雷诺数下的平均风压分布,但脉动风压模拟的准确性需要通过大型冷却塔风压实测进行验证.     

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。     

基于风压线形叠加法张拉膜结构风荷载与风振响应分析

综合分析了几种现有的张拉膜结构风荷载分析的方法,在此基础上提出了用风压线形叠加法进行风荷载计算的新方法,并給出一个工程算例进行了风振响应分析。该方法采用平均风压与脉动风压线性组合叠加的办法,生成风压时程函数,既保证了作用于结构上的风荷载随时间变化,而且还能保证结构所受的力是围绕着静力风压上下波动。这种算法可为膜结构的抗风设计提供参考。     

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.     

偏心超高层建筑的风振研究

基于结构随机振动理论,考虑了结构振型耦合以及风力相关性的影响,推导了偏心超高层建筑弯扭耦合风振计算公式.利用风洞试验获得的脉动风力数据计算了矩形截面偏心结构的风振响应,从舒适性角度研究偏心位置和截面厚宽比对结构风致振动加速度的影响.研究结果表明,当建筑短边迎风且刚心和质心在顺风向偏离时,风振响应显著增大.     

300m级超高层建筑表面风压的数值模拟

以位于广州珠江新城CBD核心区的303m高利通广场超高层建筑为对象,基于Fluent平台模拟结构表面的风压分布,对比了不同湍流模型下的计算结果,并与刚性模型测压风洞试验结果进行了比对．研究结果表明,采用本研究的参数设置和求解方法可以得到与经典文献相同的风压分布规律;观察到了流场中气流分离、再附和尾涡等现象;模拟结果与风洞试验结果具有一致的趋势,最大模拟误差小于25％,位于尾流区的背风面和侧面;Realizable k-ε模型在气流分离区可以得到与风洞试验更加接近的结果．     

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...     

降低超高层建筑横风向响应的气动措施研究进展

随着科学技术的进步,现代超高层建筑向高柔方向发展,其横风向荷载和响应问题越来越显著,成为结构设计中必须重点关注的问题.降低超高层建筑横风向荷载和响应的措施主要有空气动力学措施(简称气动措施)、结构措施以及外设阻尼器措施三种,其中气动措施的机制是通过设计合适的建筑外型(或适当的局部修正)使其满足抗风要求.对超高层建筑抗风气动措施的研究成果进行了总结,这些措施主要有:选择气动性能好的基本截面形状,横截面角部处理、横截面沿高度变化、立面开洞等.同时,还指出目前研究和工程应用中需要注意的问题,以及对今后研究提出建议.     

浅析表面粗糙度对摩擦的影响

本文从摩擦学角度，以粘着理论为依据，用数据统计方法，对零件加工表面结构的独立单体－微凸体的峰谷曲率半径的大小；沿高度支承面积的变化，以及接触变形过程中塑性指数的力学性质等进行了深入的分析，揭示了零件加工表面与技术性能、使用寿命、工作可靠性及成本有着密切的关系。     

超高层建筑风压的幅值特性

对方形、矩形、三角形及Y型等10个典型的超高层建筑模型进行了细致的风洞试验，获得了模型表面的平均风压和脉动风压系数．详细讨论了风场和风向角对风压系数空间分布（不同高度分布，同一高度不同侧面上不同测点的风压分布等）的影响．结果表明：建筑物迎风面处于正压区；而侧面和背风面是负压区；D类风场的平均风压系数和B类风场中相近，但根方差风压系数要大很多；迎风面的平均风压系数随高度变化基本服从2α分布；三角形和Y形模型的风压系数小于方形和矩形模型．     

切削油对工件表面粗糙度的影响

在切削加工中,合理使用发削油能显著降低工件表面粗糙度。研究表明：（１）切削油的粘度越小,刚切削油的润滑效果越好,切削力越小;（２）进给量和切削深度愈大,则切削油润滑效果愈差,切削力和工件表面粗糙度下降的幅度愈小,进给量的影响尤为明显。     

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.     

冷却塔混凝土粗糙度对平均风压系数的影响

采用CFD方法研究全尺寸双曲冷却塔表面混凝土粗糙度对风压系数的影响.在规范规定的粗糙度范围内,分别对表面混凝土光滑以及表面混凝土有不同粗糙度高度的冷却塔全尺寸模型进行了数值模拟.将不同工况下的风压系数计算值与以往文献的风洞试验和现场实测数据进行了比较.研究结果表明:冷却塔全尺寸CFD模拟虽然解决了雷诺数相似问题,但纯粹...     

表面粗糙度对构件疲劳强度影响的预测

为研究表面粗糙度对疲劳强度的影响，从Ｆｏｒｏｓｔ规律Δσ＾ｍａ＝Ｃ和稳态疲劳门坎关系ΔＫｔｈ＝２Δσ（ａ）＾１／２出发，导出临界粗糙度的凹槽深度Ｒ０＝Ｃ／Δσ＾ｍ０和长，短裂纹交界点的深度α＾ｍ－２２＝（ΔＫｔｈ／２）＾２ｍ／Ｃ＾２。     

浅析表面粗糙度对摩擦的影响

本文从摩擦学角度，以粘着理论为依据，用数理统计方法，对零件加工表面结构的独立单体－微凸体的峰谷曲率半径的大小；沿高度支承面积的变化，以及接触变形过程中塑性指数的力学性质等进行了深入的分析，揭示了零件加工表面与技术性能、使用寿命、工作可靠性及成本有看密切的关系．从而，为合理选择微观形状精度－表面粗糙度的设计与制造方法，提供了理论依据．