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。     

基于数值风场的高层建筑对临近低层建筑群影响分析

针对高层建筑对低层建筑的风压、风速分布的影响问题,选用标准k-ε湍流模型,应用CFD数值方法模拟高层建筑影响下的低层建筑群的风场,侧重模拟分析了高层建筑的位置布局改变对低层建筑群风速及风压场的影响。分析结果表明:高层建筑对临近低层建筑群风场的影响显著,高层建筑的位置对低层建筑群风环境的影响较大。     

海底管道悬跨段振动特性研究

海底管道悬跨段在复杂的波流作用下,极易因涡激振动而引起管道的损坏甚至破坏。为了避免悬跨管道涡激振动的产生,对影响涡激振动的各种因素进行研究很有必要。以海底管道悬跨段为研究对象,采用流固耦合计算方法研究了外流速度、悬跨长度、管道壁厚以及内流等因素对管道振动特性的影响。结果表明,约化速度满足3.26≤Ur≤8的条件时,管道系统产生明显的锁定现象,能够观察到较大的管道横向位移;随着管跨长度的增大,管道的无量纲振幅增大;随着管道壁厚的增大,管道涡激振动的频率基本不变,振幅逐渐减小;空管道的约化速度约为6.517时其振幅最大,而当管道内有流体存在时,约化速度约为7.966时其振幅最大;输流管道的涡激振动振幅小于空管道的振动振幅。     

风场和周边环境干扰对高层建筑平均风压的影响

就风场和周边干扰对高层建筑平均风压的影响进行了研究。结果表明:风场类型对高层建筑平均风压有较大的影响,当高层建筑无周边建筑干扰时,绝大多数情况下,不同场地类别的平均风压系数由大到小依次是B类、C类、D类;周边干扰对高层建筑平均风压的影响与干扰建筑所处位置有关,当干扰建筑位于高层建筑斜前方时,高层建筑迎风面的平均风压系数减小,当干扰建筑位于高层建筑来流斜下游时,高层建筑背风面的平均风压系数绝对值可能增大。     

某带钢塔高层建筑结构风致动力特性分析

采用计算流体动力学中的非稳态分析,对某带钢塔高层建筑工程所处的区域风场进行计算,获得了作用于其表面的时程风荷载,再将荷载施加到该结构的有限元模型上进行动力响应分析。再对不同钢塔基频与场地风向角等因素下的风致动力性能与位移响应能量密度谱进行分析。研究结果表明,当钢塔基频与主体结构基频相近时,钢塔尖部的位移值达到最大,鞭梢效应最为强烈;不同风向角时塔尖位移迥异,由位移响应极值确定的最不利风向角为135°工况。塔尖位移响应频谱特性对建筑群的互扰效应与风向角的变化较为敏感,并会对结构的振动响应产生影响。当旋涡脱落频率与结构频率接近时会引起钢塔较大的耦合振动,设计时应注意避开不利环境,减小风致动力响应。     

防撞栏对大跨轨道交通桥梁气动性及行车性的影响研究

为考察防撞护栏对桥梁涡振等风致灾害、车桥气动力和车辆走行性的影响,以大跨度轨道交通桥梁为工程背景,基于计算流体力学的方法,研究了防撞护栏对主梁的涡激振动性能、桥面风场分布以及车桥组合气动力特性的影响。采用自主研发的桥梁科研分析软件BANSYS,分析了防撞护栏对风—车—桥耦合振动性能的影响。研究表明:防撞护栏会明显改变桥梁与车辆气动力系数,降低桥面上方的等效风速,增大桥梁跨中位移响应。但防撞护栏对主梁涡振性能及车辆响应的影响较小。     

振动频率对饱和软粘土相关性能的影响

通过循环三轴试验研究，振动频率对软粘土应力-应变关系、孔压、动强度以及动模量的影响。以转折应变为破坏标准，得到了不同振动频率下软粘土的动强度曲线。随着振动频率的增大，土体动强度增大，但当振动频率大于2Hz后，动强度的增幅减小。随着动应变的增大，动弹模量逐渐减小；频率越低，相同动应变下的动模量越小，频率越高，动模量越大。     

海底管道最大允许悬跨长度计算

海底悬跨管道在自身重量、内部流体重量、外部环境荷载作用下,将可能发生静力破坏及动力破坏。海底管道悬跨管段的长度是决定管道静力破坏与动力破坏的关键因素,因此确定了海底管道最大允许悬跨长度,就能够避免管道因悬跨长度过大而发生破坏。本文把避免出现涡激振动作为控制条件,提出了管道在顺流向振动下的最大允许悬跨长度公式,推导了不同边界条件下的管道自振频率公式,计算了管道在垂直流向振动下的最大允许悬跨长度。结果表明,支撑情况对管道最大允许跨长有很大的影响,在固端约束条件下的最大允许悬跨长度比简支约束下的长度大。     

黄土高填方地基上部建筑施建控制标准研究∗

黄土高填方地基上部建筑的工后沉降及施建时间问题是目前研究的热点。以某黄土沟壑区新区建设中的高填方工程为背景，基于试验段工后沉降监测结果，运用 MIDAS/GTS‐NX 数值反演分析方法来获取填方土体蠕变力学参数，并针对不同偏心距及施建时间下高层和低层建筑物地基的工后沉降特征开展了系统研究。结果表明： （1）基于实测资料的分层迭代反演分析方法所得填土体参数较准确反应黄土高填方土体的实际受荷状态及上部建筑基础的工后沉降特征。（2）当低层或高层建筑偏心距 w=0 m 或 w=221 m 时，局部倾斜最小且均满足局部倾斜 f＜ 0.002 要求，建议低层建筑施建偏心距 w≥157 m，工后施建时间 t≥1.21 年；高层建筑施建偏心距 w≥155 m，工后施建时间 t≥1.5 年。通过本文的研究，可为类似“上山建城”高填方顶部建筑的施建位置及工后施建时间提供科学参考。     

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。