开敞式体育场屋盖结构风荷载特性及风振特性研究

以深圳石岩大树林公园开敞式体育场为例,进行开敞式屋盖结构风荷载特性、结构自振特性、风振响应特性、风振系数研究。首先,通过风洞试验,给出了24个不同方向角结构表面的风荷载分布,挑选较为不利的风向角。其次,进行了结构自振特性研究,分析了结构的刚度薄弱处和振动特点。然后,在对结构表面风荷载分析的基础上,选择6个典型的风向角进行结构的风致动力响应分析。最后,对动力分析结果进行统计分析,提出了可供设计参考的风振系数建议值,为今后工程人员设计开敞式屋盖结构提供参考。     

组合网壳屋盖结构风振响应分析及等效静风荷载

结合惠州会议展览中心风洞试验结果,对波浪形组合网壳结构的风荷载和风振响应进行了分析,包括:24个风向角下屋盖荷载分布特性分析;结构整体和局部的自振特性分析;根据风洞试验结果对6个风向角(0°、30°、45°、90°、135°和180°)进行结构的风致动力响应分析.根据风振响应分析结果,基于响应的不同振动特点,提出将屋盖...     

脱硝钢架表面体型系数及风致响应分析∗

火电厂中的脱硝钢架由于其高度较高、外形不规则,风荷载是其承受的主要荷载之一。为确保该类结构风荷载的正确评估,以某典型脱硝钢架为研究对象,基于流固耦合理论,利用数值风洞方法对脱硝钢架结构表面体型系数及风致响应进行了研究。根据刚度与质量等效的原则,提出了复杂脱硝钢架结构连续体模型的简化方法,模型简化前后的 1 阶自振周期与振型接近,可近似模拟原结构的平动情况。风向角的变化对迎风面及变截面处体型系数的影响较大,可以忽略风向角对侧面及顶面体型系数的影响。在 0°风向角工况下,结构的位移与应力极值均显著大于 90°风向角工况。因此,0°风向对于结构而言为相对较不利风向,在脱销钢架整体结构方向布置时应予以避免。     

基于SMA的风机塔架结构风致振动控制研究

随着风力发电机塔架高度的增加及叶片尺寸的增大,风致振动对风机塔架结构可靠性的影响越来越显著。利用形状记忆合金(SMA)的超弹性效应,设计出一套针对风机塔架结构的耗能减振装置,以减小风机塔架结构的风致振动。构建了双线性SMA滞回模型,并集成到Abaqus软件中。以功率1.5 MW的大型风力发电机塔架为例,建立了SMA-风机塔架结构整体分析有限元模型,对其动力性能进行了研究,并做了风荷载响应及振动控制分析。结果表明,与无控状态时相比,装有SMA耗能装置的塔架顶层最大位移和加速度分别减小45%和31%,所提出的SMA耗能减振装置能够有效地控制塔架结构的动力响应。     

强风下不同高度低矮建筑间干扰效应研究

以往研究已经认识到相对高度对低矮平屋面建筑风荷载分布有着直接的影响,但双坡屋面房屋气动特性与之存在差别。为研究相对高度对双坡屋面建筑风荷载分布与风致干扰效应影响,以2016年莫兰蒂台风登陆东南沿海某地区实测强风数据为基础,采用计算流体动力学方法,对不同高度的两栋低矮建筑与该地区不规则低矮建筑群模型的屋面风荷载进行数值模拟,并研究其风致干扰效应。研究结果表明:对于两栋低矮建筑,当高度比小于2时,随着高度比的增加,受扰房屋背风屋面负风压系数绝对值减小。在迎风屋面上,当高度比大于1时屋面风压为负,且随着高度比的增加迎风屋面负风压系数也随之增大。对于此不规则低矮建筑群,60°为抗风最不利风向角。整体上,高度增加的房屋其屋面负风压系数出现增大,高度不变的房屋屋面负风压系数减小。     

中信广场风场特性及风致结构振动的同步监测

通过对广州中信广场在台风“达维”作用下其风场与风致结构振动的现场同步监测，获得了台风风场和结构动力特性，及风致结构振动响应等相关结果。通过对现场测试数据的分析，验证了湍流强度随平均风速增大而减小和阵风因子随湍流强度增大而增大等规律，实测的脉动风速谱与von Karman谱亦很吻合。同时通过对中信广场加速度响应与平均风速关系分析得出，该高层建筑物的顶部风速即使处于低中风速范围时，其横风向响应已接近于顺风向响应。根据实测风振加速度数据，对结构动力特性（频率及阻尼比）进行了识别，采用随机减量方法求得了结构在两个主轴方向第一振型阻尼比与振幅的非线性关系。     

基于实测加速度的高层建筑风荷载反演

在台风"杜鹃"登陆期间,对温州市某高层建筑进行了现场实测,得到了建筑物的风场和加速度响应等数据。进而对实测结构进行了模态参数识别,得到了其固有频率、振型和阻尼比。对结构加速度响应信号进行了去噪处理,经过信号处理后的响应数据满足高斯分布,进而通过积分得到高层建筑的速度和位移响应。同时,运用等效原理建立了该高层建筑结构的5质点简化弯剪模型,使简化结构的动力特性和原结构相似。再应用简化模型反演出结构受到的脉动风荷载时程。将反演得到的脉动风荷载时程叠加上平均风荷载得到各测点风荷载时程,再作用到简化模型上运用Newmark-β法进行风致响应分析,计算得到的加速度响应与实测加速度响应较为吻合。     

周围建筑群对大跨穹顶屋盖的风致干扰效应研究∗

大跨穹顶屋盖的风荷载会受到周围建筑群的影响,然而目前的规范中给出的风荷载并没有考虑此影响因素, 本文研究了周围建筑群的建筑布置形式和建筑面积密度对大跨穹顶屋盖的风致干扰效应及其作用规律。运用计算流体力学(CFD)方法中的雷诺时均方法定常计算屋面平均风压,其中采用指数率风速剖面定义平均风速,采用重组化群 k?ε 湍流模型模拟湍流特性,并与风洞试验结果进行对比验证了数值模拟方法的准确性。通过在数值风洞中建立大跨穹顶结构与干扰建筑群的组合模型,考虑五种建筑布置形式、四种建筑面积密度和 0°~360°风向角, 分析穹顶屋面各区域在典型风向下和最不利风向下的风压系数和干扰因子,研究不同的建筑布置形式和建筑面积密度引起的干扰效应。结果表明,当来流上游和下游均有干扰建筑时屋面风压急剧缩减,当来流两侧有干扰建筑时屋面风压显著放大;考虑建筑布置形式,穹顶结构相对的两侧有干扰建筑是最不利布置形式,其中屋面的中心区域和紧邻干扰建筑的区域是干扰效应最剧烈的屋面区域,在结构设计中需要重点关注;干扰效应的程度与建筑面积密度成正比,屋面区域风压的“放大效应”和“缩减效应”均会随建筑面积密度的增大而加剧。本文的研究结果可为大跨穹顶结构的抗风设计提供依据。     

基于人体动力学模型钢楼梯振动舒适度及其控制研究

基于人体动力学模型研究钢楼梯人致振动舒适度问题,并利用TMD对其振动进行控制。采用移动质量-弹簧-阻尼的单自由度体系模拟人体动力学模型,将模型施加在钢楼梯有限元模型上,运用完全时程方法得到钢楼梯在人-结构动力相互作用下的动力响应,并对比分析不考虑人-结构动力相互作用时的动力响应,以峰值加速度为指标评估该楼梯的振动舒适度;对振动过大的钢楼梯,采用3种不同优化模型的TMD进行振动控制。结果表明:行人步频的倍频与结构自振频率相近时,考虑人-结构动力相互作用时结构加速度峰值多则会减小20%以上;3种不同优化模型的TMD都能够有效减小楼梯的振动响应,建议优先选用Warburton参数优化模型。     

城市交通枢纽混凝土楼面动力放大系数实测研究

城市交通枢纽混凝土楼面的动力荷载效应不可忽视,现有结构设计规范尚未给出相应规定。以某大型城市公共交通枢纽为研究对象,开展了楼面结构在重载公交车辆作用下多个行车工况的现场测试,获取了不同行车速度下楼面结构的应变、挠度等动力响应,在此基础上计算了楼面结构的动力放大系数。结果表明:结构由动力荷载产生的响应明显大于静力荷载产生的响应;随行车速度的增加,动力放大系数先增大后减小;结构应变响应的动力放大系数比位移响应的动力放大系数取值范围大。研究成果可为大跨混凝土楼面板动力放大系数的取值提供参考。     

钢桁架-钢筋混凝土管柱结构风致响应试验研究

大跨长悬挑钢-混凝土高柔结构的动力性状决定了其风振系数不能采用我国规范中的方法来计算。制作气弹性模型进行了动力性状、脉动风作用下位移响应、加速度响应、扭转响应、气动力稳定性等问题的相关试验,计算得到了风振系数,分析了风速、风向角、风机、周围建筑物等因素对风振系数的影响,给出了风振系数的建议值。将试验结果与其他方法计算的结果进行了对比分析,结果表明,试验结果偏大,符合风洞试验原理。研究结果为工程设计提供了基础资料,可供同类工程参考。     

超高层建筑风致振动的现场实测与数值模拟

通过采用现场实测和数值模拟方法,对某超高层建筑的风致振动特性进行研究。在建筑物顶部布置结构振动监测系统,对常态风和台风作用下的结构振动响应进行测量,分析加速度、位移幅值和结构的自振特性。以实测动力特性为基础,建立超高层建筑的等效气动弹性模型,采用平均风剖面入口,联合ANSYS和CFX对风场与建筑物的流固耦合振动进行数值模拟,得到不同顶部风速下,建筑物不同高度处的位移时程、气动力系数时程及频谱分析、尾流旋涡脱落模式。将数值模拟结果与现有的实测结果进行对比分析,表明该方法模拟流固耦合振动是可行的,并可为实际超高层建筑的抗风设计和舒适性计算提供技术依据。     

风场类型对高层建筑风致响应的影响研究

风荷载是影响高层建筑安全性的重要因素之一,而不同的风环境会对高层建筑的风致响应存在不同程度的影响,基于此背景,本文通过高层建筑多自由度气动弹性模型风洞试验,获得了结构原始加速度时程曲线,采用随机减量法对其气动阻尼进行识别,分析了风场类型对高层建筑气动阻尼比和风致加速度响应的影响。结果表明:横风向气动阻尼比随折减风速的变化起伏较大,顺风向气动阻尼比随折减风速的增大而增大;折减风速小于特定值时,地貌类型对气动阻尼影响较小;随着风场类型从A类变化为D类,结构横、顺风向的气动阻尼比的变化趋势趋于平缓,气动阻尼比的正峰值减小,正峰值风速增大。高层建筑横风向的加速度响应大于顺风向;风场类型从A类变化为D类的过程中,横、顺风向的加速度响应均减小。风向角对气动阻尼比和加速度响应均存在较明显的影响。     

沿海地区兆瓦级风电结构地震响应分析

风力发电结构在地震情况下易发生整体倾覆、塔筒弯折等破坏。若同时考虑风荷载作用,则结构破坏风险增加。采用APDL命令流建立某沿海风电场1.5 MW级风电结构的"叶轮-塔筒-桩基"一体化有限元模型。通过单桩刚度折减,计算不同液化情况下的风电结构自振特性及结构地震响应。采用实测地震波和基于自回归法模拟获得的风速时程,计算风电结构在地震荷载单独作用以及地震荷载和风荷载共同作用两种情况下的动力响应。结果表明,随着液化程度的加深,轮毂水平位移和最不利单桩内力逐渐增大,在中等液化情况下塔筒底部应力出现最大值。考虑风荷载后,轮毂水平位移、塔底应力和最不利单桩内力均有所增加,其中背风面塔底应力和最不利单桩内力增加最为明显。     

风振响应风电机组基础-土体结构蠕变稳定分析

风致灾害对陆上风电机组运行已造成重大威胁,从风电机组地基基础结构的力学条件出发,根据风机系统各组件的强度差异性,结合塔筒-基础-地基界面特性和边界条件,建立了基础-土体结构粘性阻尼二自由度系统受迫振动的振动模型、振动方程、上弯下剪振型特征及频率型特征方程式,获得了风机基础-土体的多个固有频率解析式,还得到了基础顶部风致剪力和风致弯矩的解析式。依据风振响应地基土体的加速蠕动变形特征,运用土体的Mohr-Coulomb塑性屈服条件,构建了能反映土体加速蠕变的非线性西原蠕变模型、非线性粘滞系数和粘弹性及粘塑性速率控制方程,提出了风振响应土体加速蠕变破坏的时间,还进一步得到了风振响应土体蠕变的运动方程和基础底部最大附加应力。结合算例验证:考虑风振作用和地基土体蠕变效应风机结构的垂直位移变化率最为显著,且基础-土体结构还呈现出弯剪、压剪、剪切破坏形态,因此必须对风电机组基础-土体结构界面、持力层浅表层土体、基础顶部主风向区域等范围进行及时加固,这为风电机组地基基础加固设计的理论研究和实践提供有益参考。     

地震‑燃气爆炸灾害链效应对剪力墙结构的损伤研究∗

地震可能会导致管道损坏和燃气泄露并引发爆炸,从而在短时间内形成灾害链效应作用于结构上。目前研究大多对地震或爆炸单独作用于结构对其动力响应进行分析,对于这种灾害链效应所导致的损伤规律尚不清楚。 提出剪力墙结构考虑地震?燃气爆炸灾害链效应的动力响应分析方法,利用 TNT 当量法将燃气荷载等效为立方体炸药,在地震作用结束后一段时间内施加爆炸荷载以模拟灾害链效应,通过 ANSYS/LS?DYNA 软件分析结构的动力响应。以一个 12 层剪力墙建筑结构为例,选取 3 条地震波并考虑不同的爆炸位置的影响进行非线性时程分析, 研究剪力墙结构的动力响应和损伤规律。结果表明：同地震单独作用相比,地震?燃气爆炸灾害链效应会进一步导致结构的局部出现明显损伤;燃气爆炸荷载作用于结构中间楼层时,结构的总体损伤面积增大,剪力墙严重破坏甚至丧失承载能力;燃气爆炸荷载作用于楼层中心位置时,结构的损伤程度明显大于其作用于同楼层角部位置时的工况。     

三向地震作用下密肋复合墙结构模型振动台试验研究

为研究地震作用下密肋复合墙结构动力响应的基本规律,设计制作了1/15比例结构模型,进行了三向地震作用下的振动台试验。输入白噪声及不同烈度的El Centro波及天津波,测试了结构模型的加速度及位移反应,分析了结构破坏特征及动力特性,对比两种地震波作用下结构顶层的动力反应,研究了结构楼层动力放大效应随测点高度及地震烈度的关系,并与单向地震作用下的动力响应进行了对比。结果表明,地震烈度不大于8度时,密肋复合墙结构模型保持弹性状态,9度时在结构底部发生拼接缝滑移破坏,结构自振频率降低;结构地震放大效应与测点高度、地震波的峰值和频谱特性有关,水平动力放大效应随高度的变化规律与竖向动力放大效应不同,且当烈度较高时,三向地震的耦合效应较为显著。因此,除加强底部连接构造措施外,还应采取构造措施以增强中部楼层抗拔及顶部楼层的抗剪能力。     

钢框架连续倒塌动力效应研究

为了研究钢框架连续倒塌动力效应,采用瞬时加载法对平面和空间钢框架柱失效后动力效应进行了研究。采用基于等效塑性转角和等效竖向位移的荷载增大系数来衡量结构的动力效应,分析跨数、层数、高宽比、柱失效位置、节点转动刚度及空间作用等参数对结构动力效应的影响,研究成果可为抗连续倒塌设计提供参考。     

363kV真空断路器支柱绝缘子模态及地震响应谱分析

当地震波的振动频率接近电力设备支柱绝缘子的固有振动频率时,可引发共振现象而导致设备损坏。针对363 kV真空断路器支柱绝缘子建立了有限元模型,对支柱绝缘子进行地震响应谱分析,可为支柱绝缘子结构的设计提供参考。首先对支柱绝缘子进行结构静力学分析,计算支柱绝缘子自身应力分布;其次进行有预应力模态仿真分析,计算出支柱绝缘子1-10阶振型对应的模态频率;最后在计算出各阶模态频率的基础之上,对断路器支柱绝缘子进行了地震响应谱分析,在x +y方向施加EI Centro波加速度频谱,计算出支柱绝缘子的最大应力分布和沿各坐标轴方向的最大形变位移。     

桥梁相邻结构相对位移反应谱研究

基于相干函数和我国抗震设计规范定义的反应谱模拟了空间变化地震动,计算了桥梁相邻结构在不同视波速和相干程度空间地震动激励下的相对位移反应,以此确定为避免桥梁相邻结构碰撞所必需的伸缩缝最小间距,并分析了地震动空间变化和结构振动特性对桥梁相邻结构最大相对位移反应的影响。结果表明:地震动的空间变化对桥梁相邻结构的相对位移反应有着重要影响,当桥梁相邻结构拥有相似的振动频率时,影响最大;抗震设计标准推荐的调整相邻结构基本频率相近而减小相邻结构间的相对位移,从而达到避免结构碰撞的建议,仅在地震动空间变化效应可以忽略的前提下才有效。