突然开孔结构的风致内压及屋盖响应研究

在系统阐述开孔结构的内压瞬态波动理论及屋面结构风振响应问题的基础上,对开孔瞬间的脉冲内压、气流稳定后屋盖结构所受的最大净风压进行了估算;同时讨论了内压作用下的屋盖响应特性。研究表明,建筑物突然开孔时的内压脉冲对结构安全威胁很大,对于已经存在开孔的结构的屋盖由于受到内外压的共同作用要比开孔前承受更大的风荷载,从而解释了台风或者飓风期间建筑物门窗突然破坏时容易进一步造成屋盖破坏的现象。屋盖响应分析结果表明,当开孔结构的H e lm ho ltz频率、弹性屋盖的固有频率以及来流中所包含的涡脱落频率,三者接近时,屋盖将发生较大的共振。     

大跨度屋盖结构脉动风振响应的振型能量参与系数

采用振型叠加方法计算大跨度屋盖结构的脉动风振响应时,计算结果的精度取决于振型的选取。在总结总背景响应、振型背景响应、振型共振响应的基础上,提出了背景响应和共振响应的振型能量参与系数的计算方法。按照振型能量参与系数的降序排列振型,分别计算背景响应和共振响应的累积振型能量参与系数。背景响应位移计算值的精度可通过背景响应振型参与系数及其累积参与系数来控制。共振响应累积振型能量参与系数则反映了参与计算的振型的共振响应总能量与背景响应总能量之比。     

上海虹口足球场大型悬挑钢屋盖抗风分析

在进行了综合分析和研究的基础上，本文了上海虹口足球场大型悬挑钢结构屋盖的一些风压分布规律，静动力荷载和风振动力响应的一些结果，很有参考价值。     

大跨度屋盖结构考虑模态耦合的抖振共振响应分析方法

提出了可考虑模态耦合效应的共振响应分量近似形式，并基于此得出用于计算风振响应共振分量的修正SRSS法。最后将该方法运用于上海南站工程屋面结构的共振响应分析以检验其正确性及精度。本方法为进一步建立复杂大跨度屋盖结构等效静力风荷载方法奠定了基础。     

大跨索屋盖结构风振动力计算新方法研究

大跨索屋盖结构风振动力响应复杂,传统采用等效静力风荷载计算其风致振动响应的适用性一直是当前大跨结构研究的热点。针对下凹型(单层马鞍形索网)和上凸型(轮辐式双层索网、索穹顶、弦支穹顶)四类典型大跨索屋盖结构,以四类结构风洞试验测试数据为基础,结合最近邻点插值方法研究提出了基于节点动力风荷载(模式一)和面组分区动力风荷载(模式二)两种荷载取值计算模式及其计算流程,并与传统基于等效静力风荷载的取值计算模式(模式三)进行对比,在四种不利风向角下探究四类典型索屋盖采用三种荷载取值模式时的风致振动响应。结果表明,基于模式一与模式二计算得到的索屋盖结构风振响应均较模式三要高,采用节点风荷载的取值计算模式一能更为精确地反映屋盖结构实际承担的风荷载,有效表征屋盖结构的实际风振响应;在上下游均无临近场馆影响下,下凹型和上凸型索屋盖的平均和脉动风振位移响应云图总体分布规律较为一致,但响应大小变化规律不一,下凹型呈现中间大、周边小的逐渐递减的规律,而上凸型屋盖呈现中心区域小、中间环带大、周边再次下降的变化规律。     

大跨屋盖结构脉动风振响应特性预测方法研究

基于结构脉动风振响应计算的三分量(背景、共振及其耦合项)完全组合思路,提出一种大跨屋盖结构脉动风振响应特性预测方法,据此实现结构脉动风振总响应的高效精准计算.引入应变能的概念,综合考虑结构所有节点上三分量响应对脉动风振总响应的贡献,定义各响应分量应变能预测系数,为了避免直接计算各响应分量具体数值,根据大跨屋盖结构各响应...     

大跨屋盖结构风振响应参数灵敏度分析

对典型大跨屋盖结构风振响应开展参数灵敏度研究,目的是定量评估各种不确定因素对结构风振响应不确定性的贡献率,获得不确定性在风荷载与风振响应间的传递规律。首先结合Sobol'方差分解法和拉丁超立方抽样技术建立适用于大跨屋盖结构的全局灵敏度分析方法,通过多次采样风洞试验获得大量脉动风荷载时程,作为灵敏度分析的输入变量。合理建立结构参数概率统计模型,分别应用局部和全局灵敏度分析方法对典型大跨屋盖结构极值风振响应进行了参数灵敏度分析,研究发现：多个参数共同随机变化时,结构极值风振响应近似服从广义极值分布;结构风振响应的不确定性主要受风荷载不确定性控制;结构风振响应的参数灵敏度与共振响应在总响应中的比重有关,共振响应占比越大,结构对风荷载越敏感。     

大跨屋盖结构共振响应多目标等效静力风荷载

针对大跨屋盖结构等效静力风荷载计算需要兼顾多个响应控制目标问题,基于能量等效,提出了大跨屋盖结构风致共振响应多目标等效静力风荷载分析方法。根据结构风致共振响应特点,从保证结构整体安全的角度,确定以结构风振过程中各节点吸收和转化的风动能达到极值时刻为等效目标,据此最不利情况,推导了共振响应多目标等效静力风荷载表达式。最后,将该方法应用于北京奥运网球中心屋盖结构共振响应等效静力风荷载计算,结果表明：该等效静力风荷载下的结构静力响应与频域分析得到的结构动力响应极值吻合较好,验证了所提方法的有效性和工程实用性。     

高层建筑风致响应和等效静力风荷载的特征

详细讨论了高层建筑风致振动和等效静力风荷载的计算方法及其特征。将结构风致响应分解为平均响应、动力响应的背景分量和共振分量,给出了相应的计算公式;还给出了背景和共振等效静力风荷载的计算公式,提出了等效静力风荷载组合的一种简便方法,并讨论了计算背景分量的QML法和LRC法的差异。最后,以一典型高层建筑为算例,讨论了高层建筑风致响应和等效静力风荷载的主要特征。     

大跨屋盖结构风致背景响应和共振响应实用组合方法

以随机振动理论为基础,推导了大跨屋盖结构风致背景响应及其模态耦合项、共振响应及其模态耦合项以及背景响应和共振响应耦合项的计算公式,提出了考虑耦合效应的脉动风总响应组合方法;在此基础上,引入耦合效应修正系数,并根据结构动力特性与风荷载特性对提出的脉动风总响应组合公式进行了简化分析,得到了相应的实用组合公式,据此可以实现大跨屋盖结构考虑耦合效应的风致背景响应和共振响应实用高效组合。最后,通过国家体育场屋盖主结构风致背景响应和共振响应组合计算对所提方法的有效性进行了验证。     

大跨度平屋面的风振响应及风振系数

本文在有限元分析的基础上建立了大跨度平屋面结构在风荷载作用下的风振响应谱分析方法,并采用Davenport谱和由风洞试验得到的屋盖表面的平均风压分布系数计算了屋面的风振响应及风振系数。文中还深入探讨了屋面刚度、来流风速及风向等参数对大跨度平屋面竖向风振响应及风振系数的影响。计算表明:① 大跨度平屋面的竖向风振响应主要是由第一振型所支配,高阶振型对屋面板竖向风振响应的影响很小;② 屋面刚度及来流风速对大跨度平屋面的竖向风振响应影响比较大,但对位移风振系数的影响不太明显;③ 在工程设计中,建议采用位移风振系数来计算大跨度平屋面的等效静力风荷载。     

屋盖风振响应功率谱及背景与共振响应的分离

提出一种利用小波包变换的随机信号功率谱分析的新方法。采用该法首次实现了背景响应与共振响应的分离。通过一个双频率信号的谱分析,考察了该方法的频率检测精度和分辨率。然后将该法应用于一个大跨屋盖风振响应的功率谱计算,检验了该法对随机信号的谱估计精度。计算结果表明:该方法速度快、精度高、分辨率也高,是一种适用于大型屋盖各种响应信号的谱估计算法;脉动响应信号的小波包分解是获得背景和共振响应时程的有效途径。     

大跨高耸柔性结构的风致振动

我国的改革开放政策带来了大跨度桥梁和高耸结构建设的高潮。随着结构跨度和高度的增大,风对这些柔性结构的作用就不限于静力风荷载,而必须考虑各种风致振动问题,以及由此引起的动力风效应。 国际风工程界对结构风效应的研究已着重于非线性风致振动的精细化,结构气动参数的精确识别以及为风洞试验所需的紊流风场的真实模拟。结构抗风设计也正从确定性方式向基于可靠性理论的概率性评价过渡。 为了使我国结构风工程领域的研究全面赶上世界先进水平,并为解决进入21世纪的特大跨度桥梁和超高层建筑中的风工程问题作好准备,本文提出了一些迫切需要进行的研究热点。     

空间网格结构频域风振响应分析模态补偿法

大跨空间网格结构是频率密集性结构,按照模态分析法,尽管考虑多阶振型的影响有时也难以包含所有的主要贡献模态。从数值分析中可以发现,大跨空间网格结构风振分析中往往存在着一些高阶振型,它对风振响应的贡献比较大,但由于其频率高往往很容易被忽略。本文根据模态对系统应变能的贡献,提出了一种有效的选取主要贡献模态的方法,为了克服包含所有主要贡献模态的困难,本文提出了一种简单的方法来补偿由于高阶模态遗漏而产生的误差,并通过一个网壳的算例对所提出方法的有效性进行了验证。     

基于能量的大跨屋盖结构共振响应模态耦合效应分析

提出一种简单判别共振响应模态耦合效应的分析方法,该方法综合考虑结构的动力特性和风荷载特性,定义了共振响应模态耦合系数。依据该系数,通过几个特征参数(如结构模态和风荷载信息)就可以快捷的判断模态间共振响应耦合效应强弱,实现对共振响应耦合主导模态的选取。在此基础上,给出了大跨屋盖结构考虑模态间耦合效应的共振响应实用组合方法。最后,将该方法用于国家体育场屋盖结构风致动力响应分析,验证了其有效性。     

降阶模型及其在大跨度屋盖结构风振中的应用研究

该文建立了一种适用于气弹系统中非线性结构的降阶模型及系统识别方法,并首次将结构降阶模型应用到大跨度屋盖风振结构模型的建立中。非线性结构采用降阶模型并通过高精度有限元模型的非线性系统识别来建立,该模型在结构的模态坐标中将应变能泛函表示为结构模态振幅的多项式函数,该多项式的系数由高精度有限元模型计算所得的模态和应变能信息确定。该方法对一大跨度屋盖的风振响应做了分析,计算结果与采用高精度模型所得结果和实验结果及用ANSYS计算结果进行了比较,结果符合良好。该文的结构降阶模型对于建立非线性结构模型是准确有效的。     

突然开孔时孔口气流动力特性参数的数值模拟

建筑物突然开孔时瞬态内压响应的规律可以用一个二阶非线性常微分方程来描述,由于开孔形状和孔边物理特征的复杂性,采用风洞试验获取方程中各项系数的方法往往比较困难。首先利用计算流体动力学的方法,模拟建筑物突然开孔瞬时的流场变化,获得风致内压的Helmholtz频率和孔口气流的等效线性阻尼。再由这两个参数计算得到的内压增益并与风洞试验结果相比较,二者结果吻合较好,表明数值计算能够准确地模拟突然开孔结构孔口处的气体流动状态。其次,利用孔口气流振荡曲线,采用参数拟合的方法进一步获得了内压传播方程中的各特征参数。     

结构基频对冷却塔风振效应的影响

为明确结构基频f₀对冷却塔风振效应的影响,以某大型冷却塔为例,在风振响应时程计算和风振效应特征分析的基础上,通过调整材料弹性模量E实现对f₀的改变,以单独分析f₀对风振效应尤其是共振分量σ_R的影响,并阐述了该方法的优点。结果表明,根据共振与背景分量σ_R、σ_B在时域内的分离方法,不管f₀如何变化,σ_R与σ_B之间的耦合分量始终可以忽略。各响应σ_R随f₀的降低而增加,并在f₀小于0.7 Hz以后急剧增加,但因σ_B在总脉动响应σ_T中贡献较高,故σ_T和阵风响应因子GRF仅在f₀小于0.5 Hz以后才有较明显的增加。各响应σ_R随f₀的降低而增加的原因在于风谱能量随频率的降低而增加,且结构f₀越小其共振参与模态越多。为方便评价共振响应σ_R随f₀的变化,提出参数RP=（1/f₀×（1/f₀-1/2））综合考虑以上两种因素作为σ_R的评价指标,且各响应的σ_R与RP均呈线性变化。     

基于向量式有限元的输电塔风致动力响应研究

该文以某大跨越格构式输电塔风致响应为例进行向量式有限元的应用分析,采用C++语言编写杆系结构向量式有限元的计算程序,获得输电塔的响应并与传统有限元结果进行比较,探讨阻尼处理方法和计算步长对计算结果的影响,最后针对输电塔进行风荷载作用下的倒塌分析。研究表明,两种方法算得的位移响应非常接近;向量式有限元法的计算效率比传统有限元高,该文算例中计算时间相差约20倍;计算步长对有限元计算结果有影响,建议计算时进行试算;向量式有限元可以用来求解输电塔的倒塌问题。