潘峰[1]2008年在《大跨度屋盖结构随机风致振动响应精细化研究》文中研究表明大跨度空间结构的发展状况是一个国家建筑科技水平的重要标志之一。随着我国经济和文体事业的快速发展,各种造型优美、结构新颖的大跨屋盖被广泛应用于航空港、体育馆、展览馆等公共建筑中,以获得尽可能大的无内柱空间,但这类屋盖具有质量轻、柔度大、阻尼小、自振频率低且密集等特点,属于风敏感结构,风荷载成为控制结构设计的主要荷载之一。由于大跨屋盖结构与来流之间复杂的气动特性,至今还没有建立一套成熟通用的大跨屋盖风荷载及风致响应的理论框架。本文将从风荷载特性及风洞试验、结构风致动力响应频域和时域分析法、等效静力风荷载及结构雷暴冲击风致响应等方面对现有大跨度屋盖结构的风致响应的理论和方法进行精细化的深入研究和发展。本文的工作主要包括以下几个方面:1、屋盖风荷载特性及风洞试验的研究。在总结大气边界层风场特性的基础上,详细描述了几种常用的脉动风速模拟方法。通过算例研究,分析比较了AR法和Shinozuka-Deodatis法各自不同的特点。并对某一大跨度飞机候机大厅屋盖进行了刚性模型风洞试验,获得了结构表面的风压。同时,对结构表面平均及脉动风压系数随风向角变化的等值分布规律、表面关键测点平均及脉动风压系数随风向角变化的特性、关键测点脉动风压概率分布特点及极值风压估计等方面进行了细致的分析研究,得到了一些共性的规律。2、屋盖结构风致动力响应频域分析法的研究。鉴于传统频域法需进行准定常假设及计算时采用的CQC法存在计算效率低下等问题,提出了一种修正的频域法:直接采用风洞试验得到的风压数据并利用POD法建立了屋盖整体风压模型,然后利用快速傅立叶变换转化为风压谱,在精确拟合屋盖计算点风压功率谱的基础上,利用虚拟激励法获得屋盖结构的风致响应。该修正法计算效率较高且抛弃了准定常假设,得到的结果具有较高的可靠性。3、屋盖结构风致动力响应时域分析法的研究。提出了两种适合大跨度屋盖结构风致响应计算的时程积分方法。首先,直接利用风洞试验数据,并结合多阶模态力法和模态解耦原理,提出多模态显式积分法。该法具有很好的稳定性和较高的计算效率,非常适合求解大跨度屋盖这种高阶模态作用比较显着结构的动力响应问题。其次,鉴于随机振动离散法存在计算需不断进行矩阵迭代的问题,结合精细时程积分法的优点,提出多模态随机离散精细积分法。利用这两种方法对屋盖结构的风致响应和风振系数进行了分析比较研究,得出了一些可供设计参考的有益结论。4、基于双POD模型大跨屋盖风致响应的研究。风荷载的准确模拟是结构进行风致动力响应分析的第一步,而以往的方法无法同时建立顺风向、横风向、竖直向叁维相关随机风场的数学模型。利用双POD模型和蒙特卡罗模拟法,详细描述了空间相关叁维风场的数值模拟方法,结合多阶模态加速度法的原理,在时域内推导了一套基于双POD原理的随机风致响应计算方法,并研究了屋盖表面风振系数的分布特性。5、大跨屋盖结构等效静力风荷载的研究。采用LRC法和等效惯性风振力相结合的办法来确定大跨度屋盖结构的等效静力风荷载。为了突破背景和共振响应SRSS组合必须假定参振模态之间能够很好分离这一缺陷,提出了共振响应的修正方法,对于引入一个模态耦合系数来修正由于不考虑模态交叉项对计算带来的误差。通过拱形屋盖体系和大跨度平屋盖体系两种不同的屋盖形式,详细研究了不同屋盖结构体系的等效静力风荷载。6、大跨屋盖结构雷暴冲击风致响应的研究。雷暴冲击风是一种短时间产生的瞬态强风,形成的实质是大气不稳定能量的快速释放,且不满足目前常用的湍流边界层风剖面的特性。利用混合随机模型,研究了雷暴冲击风风场的数值模拟方法:应用竖直风剖面方程与Holmes经验模型模拟平均风场;使用稳态高斯随机过程模拟冲击风脉动风场。在对单自由度系统雷暴冲击风致响应研究的基础上,计算得到了屋盖结构冲击风致动力响应时程,研究了冲击风作用下大跨屋盖风振系数的分布特点,得出了一些重要的结论。
罗楠[2]2012年在《大跨屋盖结构风致振动分析及等效静力风荷载研究》文中进行了进一步梳理大跨屋盖结构体型各异,且具有质量轻、柔度大、阻尼小、振型密集等一系列特点,其风荷载分布、风振响应分析及等效静力风荷载的计算都具有特殊性。本文通过随机振动理论分析、风洞动态测压试验和工程案例计算,给出了大跨屋盖结构抗风类型划分标准,提出了大跨屋盖结构风振响应和等效静力风荷载计算的SCQC法和CLRC法,并进行了多目标等效静力风荷载的研究。本文的主要研究内容如下：1.大跨屋盖结构及其抗风分析方法回顾：对大跨屋盖结构的发展概况进行了总结,并对历年来大跨屋盖结构的风毁事件进行了回顾。在对大跨屋盖结构的表面风荷载、风振响应和等效静力风荷载研究现状进行系统总结和比较的基础上,指出了各种方法优缺点和适用条件。针对目前大跨屋盖结构抗风研究存在的不足和需要改进之处,引申出本文需要进行的研究工作。2.大跨屋盖结构风洞动态测压试验：以一大跨屋盖结构动态测压风洞试验为例,介绍了风洞动态测压试验的基本原理和数据处理方法。对模型制作、测点布置、系统要求、试验安排以及风洞测压数据到实际结构风荷载的换算等一系列过程进行了较详细的介绍和分析。另一方面,由于频域分析需要将时程数据转换为功率谱的形式,文中给出了结构模态力谱的计算公式。3.大跨屋盖结构抗风类型划分：考虑到大跨屋盖结构自身特性的差异、不同屋盖对风的敏感程度的差异、以及各种风振分析和等效静力风荷载计算方法的适用性,对大跨屋盖结构抗风类型进行了系统的划分。提出了保障率的概念,并根据大跨屋盖结构平均响应、脉动风背景响应和脉动风共振响应所占的比重,将大跨屋盖结构抗风类型划分为四类。进一步给出各分类的划分标准,指出每种类型适用的抗风分析方法,选择与之对应的抗风分析方法,可以同时兼顾效率和精度。4.大跨屋盖结构考虑模态耦合效应的共振SCQC法：针对目前大跨屋盖结构考虑共振响应模态耦合效应计算方法的现状,本文提出一种简化的风振计算方法,称为简化CQC法(简称：SCQC法)。SCQC法考虑了各共振模态的耦合效应,具有较高的计算精度。本文推导了模态频响传递函数和模态力谱实部乘积和虚部乘积对响应方差贡献的计算公式,该公式不需要进行传统CQC法复杂的积分过程,进行简单的求和运算就能得到模态耦合项对响应方差的贡献,极大提高了计算效率,推导公式过程中所作的简化对于大跨屋盖结构也是合理的。5.大跨屋盖结构风振响应和等效静力风荷载CLRC法：本文通过对动力方程的变换,得到广义恢复力向量,将其当作新的输入荷载,可将动力方程变为拟静力方程,进而可采用本文提出的一致LRC法(简称：CLRC法)进行风振响应和等效静力风荷载的求解。CLRC法可以与任何风振响应计算方法相适应,关键是获得广义恢复力协方差矩阵。当采用时域法时,得到结构的整体动态响应,可直接计算位移响应的协方差矩阵,进而得到广义恢复力的协方差矩阵；当采用频域法时,广义恢复力的协方差矩阵可以根据模态响应协方差矩阵计算得到。特别对于需要同时考虑背景分量和共振分量的结构,CLRC法中的叁分量方法,考虑了模态耦合效应,其计算结构风振响应精度较高,与CQC方法误差非常小；同时,通过广义恢复力协方差矩阵的分别求解,在计算效率上远高于CQC方法。6.大跨屋盖结构多目标等效静力风荷载方法：由于大跨屋盖多振型参与结构风振,结构响应往往不能同时到达极值。在单目标等效静力风荷载的作用下,仅仅等效目标的静力响应与动力响应极值相等,其他目标响应与实际动力响应极值常常相差较大。在分析以往多目标等效静风荷载研究的基础上,提出了一种新的多目标等效静力风荷载计算方法。该方法选择广义恢复力的本征模态作为构造多目标等效静力风荷载的基本向量,并引入约束方程组和权值因子,根据最小二乘法,可以得到这些基本向量的最优组合系数。该方法既解决了多目标等效静力风荷载问题,又保证了所得等效静力风荷载分布较为合理。最后,对本文的主要研究成果进行了总结,并讨论了下一步需要进行的研究工作。
杨有根[3]2007年在《高层建筑的抗风实测分析与大跨度屋盖的风致响应研究》文中认为本文主要对高层建筑结构在台风作用下进行现场实测分析,并对高层建筑风致作用进行数值计算,对于大跨度悬挑屋盖进行风洞试验和风致响应计算,并提出等效风荷载的实用计算方法。本文主要包括如下一些工作:(1)在对不同台风登陆后进行长时间连续观测获得的实测数据的基础上,系统地研究了台风的功率谱、湍流积分尺度和峰值因子等台风相关特征以及在台风作用下的被测结构的自振频率、加速度和阻尼特征等,包括湍流积分尺度、峰值因子自身特征及其和风速之间的相互关系、被测结构的自振频率及其在设计阶段通过有限元模型计算的自振频率之间的关系、被测结构的阻尼和振幅之间的关系以及实测结果和风洞试验结果的对比等,从而获得了较完整的风荷载和结构风致响应等相关信息,并对其成因进行系统分析研究,另外利用时域方法对高层建筑风致响应进行计算。通过这些系统而深入的研究,将为我国在台风作用下结构的动力学特征、风与结构的相互作用、风环境、风场模拟以及设计风荷载等方面的研究提供有价值的成果。(2)利用计算风工程的基本方法对高层建筑的风致作用进行数值评价,其中对计算风工程的计算原理和方法进行分析探讨,对其计算过程中运用不同湍流模型的优劣进行对比分析。在对钝体结构进行湍流计算时,本文提出相应的入口气流和边界条件的模拟方法;同时,对结构网格的划分,本文利用有限体原理和无网格原理相结合的原则提出实用方法,使其既能达到节约计算时间又能达到计算精度的要求。本文还利用不同湍流模型并编制相应的计算程序对高层建筑进行数值计算,并将其与风洞试验的测量结果进行对比,计算结果表明:对于常用几种湍流模型,利用动力亚格子模型的大涡模拟方法能较为准确地模拟出高层建筑在不同风向角下的阻力、升力和力矩系数。LES模型比RANS模型对阻力、升力系数和力矩系数具有较好的模拟结果,对于钝体周边的流场,一些典型的流动特征都能被准确地模拟出来。LES模型能较为准确的模拟出流场湍流,特别是这种模型能准确的捕捉到在转角处出现小的二次分离,而RANS模型不能准确的预测这一点。本文的研究结果将为数值计算在结构风工程中的应用提供重要的参考依据。(3)对大跨度悬挑屋盖在来流有干扰的情况下进行刚性模型风洞试验研究。在风洞试验中,利用技术措施对屋盖进行上下表面同步测压;并测量在不同的屋盖倾角、来流受到干扰以及不同的风向角情况下的屋盖风压分布特性。在对试验结果数据进行深入的处理和分析的基础上,获得了较完整的平均风荷载和脉动风荷载分布信息,包括平均风压系数和脉动风压系数随风向角的变化情况、平均风压系数和脉动风压系数在屋盖上下表面的空间分布情况、屋盖倾角的改变对平均风压系数和脉动风压系数产生的影响以及来流受到干扰情况下对平均风压系数和脉动风压系数产生的影响等,在此基础上系统研究了屋盖上下表面的平均风压系数和脉动风压系数的分布信息,并对其流场机理进行系统研究,从而为此类屋盖的设计和施工提供一定的参考依据。(4)研究大跨度悬挑屋盖的风振计算方法。本文运用随机振动力学和统计学相关知识并结合风对大跨度屋盖作用的相关特征,提出运用荷载相关法及协方差分析方法来对大跨度屋盖体系的各种响应进行求解:对平均响应利用结构力学知识进行求解,而对于脉动响应中的背景响应和共振响应则利用协方差分析方法和荷载相关法进行求解;最后对主次梁屋盖体系中的悬臂结构举例求解,并对求得的结果进行理论分析。(5)研究大跨度悬挑屋盖的等效风荷载的相关问题。本文通过对大量的试验数据的总结以及不同理论方法的比较,利用阵风荷载因子法提出有干扰和无干扰情况下的悬挑屋盖的等效静力风荷载的一般计算方法,从而避免在无干扰情况下,对屋盖的计算偏于不安全,而对于在有干扰情况下的计算又偏于保守,最后,将计算结果和不同求解方法的计算结果进行详细对比分析,发现本文方法能为解决工程实际问题提供一定的参考依据。
乔帅斌[4]2014年在《复杂形体大跨空间结构风压与等效静风荷载数值模拟》文中研究说明空间结构因其结构形式新颖、造型优美、使用空间大而得到广泛应用，一大批体育场馆、会展中心、火车站、机场航站楼，大跨空间结构柔度大、自振频率低、振型分布密集且各阶振型对其贡献大小不一，风荷载对其的效应不容忽视，甚至成为了该类结构设计中的主要控制荷载，因而研究大跨空间结构的风效应有着重要的意义。本文以大跨空间建筑结构实际工程为对象，数值模拟分析复杂形体大跨空间结构在起伏地形下的风压分布、风载体型系数和等效静风荷载。运用Fluent软件模拟结构表面风载体型系数，系统研究湍流模型、矢跨比、风向角等因素对结构风载体型系数的影响；利用Matlab软件分别实现了基于常规谐波迭加法、线性滤波法的AR法以及改进的FFT方法对风速时程的数值模拟，通过对典型大跨空间结构风速时程的数值模拟，比较了不同方法的计算效率和计算精度，指出了FFT方法模拟大跨空间结构风速时程最为适合；基于ANSYS软件平台建立结构有限元模型，利用模拟所得的风荷载时程，计算分析结构风致动力效应；给出风振动力放大因子定义，并将其与基于特定时刻的结构瞬时风压分布相结合，建立了物理意义明确的等效静风荷载新概念；提出基于荷载效应的等效静风荷载分析方法，直接用荷载效应的包络值进行抗风设计可以方便的与其他荷载效应直接进行组合，不但避免了寻求等效静风荷载的繁琐，在物理概念上也更加清晰明确，且计算结果准确。最后，通过数值算例分别分析了基于结构不同等效目标的等效静风荷载及其分布。
李寿科[5]2013年在《屋盖开孔的近地空间建筑的风效应及等效静力风荷载研究》文中提出由于使用功能和风致破坏的原因，近地空间建筑在屋盖的中心和角部会出现不同程度的开孔，如体育场馆的开合屋盖、民居和工业厂房屋盖角部的风致破坏，等等。近地空间建筑的屋盖开孔后，结构的风荷载特性将明显不同于完全封闭建筑，已有的关于结构开孔引起的风荷载效应的研究，主要针对立墙开孔建筑。本文采用风洞试验和理论分析相结合的方法，对屋盖开孔的近地空间建筑的风荷载、风致内压、极值风荷载特性、风致响应及等效静力风荷载等进行了系统的研究。主要研究内容和成果如下：1、在满足内压的动力特性相似的基础上，以TTU建筑为原型，制作了缩尺比为1:50的刚性模型，考虑了屋盖中心和角部两种开孔形式，以及不同的开孔率，进行了多工况的测压风洞试验。首先，以无开孔工况的试验结果与现场实测结果及UWO风洞试验结果进行比较，验证了HD-2号风洞及风压测试系统的可靠性；其次，在3种屋盖中心开孔率和3种屋盖角部开孔率的试验结果的基础上，研究了屋盖开孔时风压系数、屋盖中线纵向和横向体型系数、立墙体型系数的分布规律，研究了屋盖局部体型系数的量值范围，并与规范值进行了比较。研究结果表明：现有的规范值高估了屋盖开孔近地空间建筑的风吸力，低估了风压力。2、系统地研究了屋盖开孔近地空间建筑的风致内压。首先，研究了屋盖开孔近地空间建筑内部风压系数的相干特性，确定了建筑内部风压采用统一时程描述的方法；研究了内部风压系数分布规律，结果表明：屋盖中心开孔工况的内部负风压系数在立墙开孔试验结果和规范值范围内，屋盖角部开孔时的内部负风压则超出已有的立墙开孔结果。在此基础上，对屋盖开孔近地空间建筑的风致内压系数取值提出了建议。其次，研究了屋盖开孔的近地空间建筑的风致内压影响因素和脉动机理，基于单开孔的内压传递方程对屋盖中心开孔建筑的内压时程进行仿真，对风致内压的平均值和脉动值进行了理论估计，基于风洞试验结果和数值仿真结果，给出了风致脉动内压与脉动外压之比、极值内压与极值外压之比的关于无量纲开孔参数的拟合表达式。3、系统地研究了屋盖开孔近地空间建筑的极值风压特性。首先，研究了屋盖上、下表面风压和净风压的高阶统计量分布规律和概率密度函数特征，结果表明：屋盖风压明显偏离高斯分布，确定拟合屋盖表面风压的最佳概率密度函数为改进Hermite级数分布。然后，基于最佳的Hermite级数分布，结合转换过程法提出了改进Hermite峰值因子法，考虑随机信号的带宽大小，使得单次采样的极值方法适应于任意带宽的结构表面风压。最后，针对多次独立采样的经典极值方法需耗费大量人力物力的缺点，提出了一种基于单次采样结合多变量相关非高斯随机过程仿真的峰值因子估计方法。对多种峰值因子估计方法对比研究表明，Davenport峰值因子法和Sadek-Simiu峰值因子法在一定程度上低估了开孔屋盖的峰值因子，改进Hermite峰值因子法可以最安全的估计开孔屋盖的峰值因子，非高斯仿真峰值因子法可以最为准确的估计开孔屋盖的峰值因子。4、研究了屋盖开孔近地空间建筑的风致响应及其等效静力风荷载。考虑背景和共振分量之间的相关性，结合随机动力学的双输入单输出系统原理推导了考虑背景和共振分量耦合的完全叁分量方法计算风致响应及单目标等效静力风荷载。将总脉动响应及脉动等效静力风荷载划分为叁个分量：背景、共振以及背景共振耦合分量。在此基础上，开发了相应的结构风致响应及等效静力风荷载计算程序WindResponse，利用WindResponse计算程序的完全叁分量法对中心开孔屋盖的风致响应及等效静力风荷载进行研究，研究结果表明：完全叁分量法为与CQC法具有一致的理论意义的精确计算方法，而传统的叁分量迭加法在垂直风向会低估脉动风致响应及等效静力风荷载，在斜风向时会高估脉动风致响应及等效静力风荷载。最后，针对开孔屋盖多目标等效的需要，提出了以完全叁分量单目标等效静力风荷载为基本向量，结合约束加权最小二乘法的多目标等效静力风荷载方法，研究结果表明：该方法可以较好限制多目标等效静力风荷载在局部过大的缺点，除了能满足权值最重要的目标点精确等效外，在其它等效节点它比单目标等效静力风荷载方法更加接近于实际位移。
沈国辉[6]2004年在《大跨度屋盖结构的抗风研究》文中进行了进一步梳理大跨度屋盖结构由于具有优美的外形和能提供尽可能大的无内柱空间等特点，近年来被广泛地应用于机场、体育馆等大型公共建筑中。随着大跨度屋盖结构向着长大化和轻质化方向发展，风荷载逐渐成为其主要的控制荷载。但是大跨度屋盖结构的风荷载理论却未能随之发展而发展，各国规范中关于大跨度结构风振方面的内容几乎是空白。本文提出建筑结构风致响应和等效风荷载的标准(standard)解法和模态(model)解法，并把这两套方法应用于大跨度屋盖结构中，同时对大跨度屋盖结构表面风压的分布特征进行了分析。 首先，对于大跨度屋盖结构的表面风压，本文提供了一套具体的分析思路，分四周封闭体型和整体敞开体型对大跨度屋盖结构进行风洞试验方法和风压分布规律的分析，并讨论了大跨度屋盖结构的干扰效应和抑风措施。 同时，本文首次提出建筑结构风致响应和等效风荷载的标准解法。对于风致响应的背景分量和共振分量，分别采用方差分析法和振动分析方法来求解；对于等效风荷载的背景分量和共振分量，分别采用LRC法和惯性力法来求解。求得各分量后，按响应分配的原则获得总的风致响应和等效风荷载。在大跨度屋盖结构中应用标准解法时，分主次梁体系屋盖和空间整体体系屋盖进行讨论。分析两种体系屋盖的常见实例，可以发现背景分量占主要地位，共振分量占较小的比例。 再次，本文提出建筑结构风致响应和等效风荷载的模态解法，首次澄清了模态交叉项和非交叉项对于背景分量和共振分量的贡献。将非交叉项的贡献分为背景分量和共振分量，将交叉项的贡献确定为背景分量，从而将模态交叉项和非交叉项的贡献与背景分量、共振分量确立起对应的关系。在主次梁体系屋盖中应用模态解法时，对于风致响应，模态解法与标准解法得到的结果一致，但对不同的响应类型，模态解法须计算不同的模态阶数；对于等效风荷载，模态解法得到的结果是标准解法结果的逼近和近似，当模态解法采用的模态阶数越高，两种方法得到结果间的差异就越小。在空间整体体系屋盖中应用模态解法时，对于风致响应，两种方法的结果基本一致；对于等效风荷载，两种方法得到的结果差异较大。 最后，本文还提出求解背景响应等效风荷载的简便算法，即荷载—升力—相关(LLC)法。相比LRC法，LLC法具有计算简便、物理意义明确的特点，同时LLC法还将用于结构整体设计和围护结构设计的风荷载计算公式进行统一。
米福生[7]2007年在《干煤棚风致响应及干扰效应研究》文中进行了进一步梳理干煤棚等柱面网壳结构由于具有质量轻、柔性大、阻尼小等特点，是一种风敏感结构。风荷载是结构设计的控制荷载之一。邻近煤棚及内部煤堆的干扰效应使干煤棚的风致效应更为复杂。因此，柱面网壳结构的风致响应研究成为一个重要课题。现行国家规范中还没有针对柱面网壳结构风振问题的方法，对于邻近煤棚及内部煤堆的干扰效应更没有进行系统研究。本文对干煤棚风致响应、干扰效应、等效静力风荷载等方面进行研究．主要工作如下： 1、结构风致响应时域计算方法和频域计算方法研究。分别应用时域计算方法和频域计算方法计算了干煤棚在B类风场无煤棚无煤堆情况下的风致响应，并以此为例对一些关键节点的位移响应进行比较，比较结果表明时域计算方法和频域计算方法计算得到的风致响应比较接近。 2、对干煤棚结构风致响应特性进行了研究。用频域计算方法对B类风场无煤棚无煤堆情况风致响应进行计算，得到了干煤棚节点的位移响应和单元的内力响应，并对典型节点和单元的响应的平均响应、脉动响应、峰值响应、阵风响应因子和响应功率谱进行了详细分析。 3、风场类型对风致响应的影响和风致干扰效应研究。对起控制作用的峰值响应对应的干扰因子进行了细致的研究，分析了风场类型对干煤棚风致响应的影响和邻近煤棚、内部煤堆等施扰因素对干煤棚风致响应产生的干扰效应。对风场类型影响和干扰效应进行定量分析，然后采用两种方法求得了风场类型影响系数、施扰煤棚和施扰煤堆对应的干扰系数。 4、干煤棚等效静力风荷载研究。计算了18种情况下干煤棚各类响应的阵风响应因子并对其规律进行了分析。
齐鹏[8]2016年在《大跨屋盖结构风荷载特性及风致响应研究》文中研究指明在风荷载作用下,建筑物附属结构往往先于主体结构发生破坏,尤其是对于大跨度屋盖结构。附属结构如幕墙、门窗、屋盖等破坏后往往引起结构内压发生变化,使得结构的风荷载特性相对于封闭状态发生明显变化,故有必要对开孔(开洞)工况下建筑物的风致内压与风致响应进行分析。而在实际的工程应用(尤其是复杂外形的大跨度屋盖结构)以及实测研究中,实验设备往往不能够提供足够的同步测压传感器以满足结构风荷载分析的需要,需要采用必要的插值手段对已有的试验数据或实测数据扩展到未知数据点上。基于风洞试验与现场实测数据,本文对大跨度屋盖在开孔(开洞)状态下风致内压特性、风压分布以及内压理论等进行研究,进而对风致响应与结构抗风优化进行了系统的探讨；结合工程实例以及实测手段,对各类风压插值方法进行了研究。主要研究内容与成果如下：(1)系统地研究了开孔(开洞)结构的风致内压。设计了一个具有多个开孔(开洞)的风洞刚性测压模型,开展了10种工况下的测压试验,探讨了不同工况下风致内压取值、分布及频谱特性,尤其是在不同参数,如风向角、开孔位置、开孔个数等条件下的变化规律；对比分析了内外压功率谱、空间相关性等统计参数,并基于风致内压传递理论,分析不同工况下流动指数。研究结果表明：在顶部未开洞工况下,当开孔率低于10%时,风致内压可采用统一值表示,而顶部开洞工况下,屋盖风致内压分布较为复杂,不能够采用统一值表示；顶部开洞工况下,处于屋盖洞口气流下游的区域具有较大的负压值,需要引起设计人员的注意；顶部未开洞工况下流动指数结果与文献结论较为吻合,而顶部开洞工况下的流动指数鲜有研究,本文给出了顶部开洞工况下流动指数的建议值。(2)系统地探讨了屋盖结构风致响应与结构优化。通过建立屋盖结构的有限元模型,基于刚性模型测压试验结果,对比了CQC与SRSS频域计算方法在大跨度屋盖结构风致响应计算的适用性,进而讨论了在频域计算中振型选取、模态耦合项影响以及位移脉动均方根随风向的变化情况。以有限元结构设计参数为基础,采用优化算法对结构风致响应进行优化,对单目标优化方法与多目标优化方法进行了研究。结果表明：对于风致敏感类结构—大跨度屋盖结构,SRSS方法忽略了模态耦合项的影响,低估了风致响应的结果,故对于风致敏感类建筑结构,宜采用CQC方法计算结构风致响应；模态耦合项对风致响应结果可正可负,对于迎风区域以及漩涡(锥形涡)区域,模态耦合项对风致响应结果为正值；对于大跨度屋盖结构,选取50阶参振模态基本上能够反映结构风致响应的总体趋势,当参振模态数目达到150阶时,其能够较为精确地反映结构风致响应的结果；结构单目标优化中状态变量与目标函数往往不能够同时达到最优,而多目标优化方法,根据设计意图设定目标函数权系数,可得出一系列最优解集,建议结构设计优化人员采用多目标优化方法对初步设计方案进行优化。(3)系统地分析了多种插值理论与插值技术。对不同插值理论—空间内插法、AR自回归模型法与神经网络法在测点风压时程模拟与重构方面进行了实例验证,具体分析了各插值理论中不同的具体插值方法。提出了将神经网络法与小波分解相结合的方法,并在工程实例与实测研究中进行验证分析。结果表明：空间内插法只考虑了风压分布在几何空间的相关性,对脉动风压系数的插值效果不甚理想,相比之下,叁角网线性插值与径向基函数插值具有较好的插值精度；AR自回归模型法基于原始数据点风压时程获得的脉动风压功率谱拟合曲线,具有较好的插值精度；神经网络法对平均风压系数、脉动风压功率谱分别进行训练、插值,获得了分布较为理想的插值结果,但在功率谱高频部分有所偏差；基于小波分解的神经网络法在工程实例与实测研究中表现出较好的插值精度,避免了傅氏变换截频所带来的能量泄露。
吴迪[9]2008年在《大跨度球壳结构的风洞试验与风振响应分析关键技术》文中研究说明大跨屋盖结构的抗风设计理论是当前结构风工程研究中相对薄弱但又十分重要的一环。本文以实际工程为背景,采用风洞试验、数值模拟和理论推导等方法,对球面网壳结构的风荷载特性、风振响应规律、等效静风荷载确定以及脉动风的频率补偿等问题展开研究。主要工作包括以下几方面:1、设计并完成一大跨度球面网壳结构的刚性模型风洞测压试验,同时进行了CFD数值模拟,结果表明两者吻合较好;在此基础上,对球壳表面的平均风压、脉动风压和极值风压等进行研究,给出了设计建议取值。2、探讨了相邻建筑对球壳的风致静力及动力干扰效应,结果表明,周边建筑对球壳平均风压的影响以阻碍效应为主,其结果是降低了来流动能,提高了来流湍流度;动力干扰主要表现为增大效应,当受扰球壳处于施扰建筑的下游时,动力干扰效应较大。3、分析了由于缩尺比导致的风洞试验采样频率不足问题,指出在同时满足以下两个条件时应考虑频率补偿问题:①必须考虑结构风致共振响应;②风洞试验可分辨的最大频率小于结构的主导频率;在此基础上,提出了一种实用的频率补偿方法,使现行的通过风洞试验来确定结构脉动风荷载的技术得到改进。4、通过对现行规范风振系数方法的剖析,指出其在表达结构等效静风荷载时所存在的本质缺陷,提出了一种面向工程应用的等效静风荷载简化表达方法,并推导了等效静风荷载背景分量及共振分量的确定公式,最后通过算例验证了该方法的正确性。本文的研究工作涵盖了大跨屋盖结构抗风研究的主要内容,既是对以往研究工作的系统总结,也有一些质的提升。例如,关于风洞试验的脉动风荷载频率补偿问题和等效静风荷载的简化表达问题,均属首次提出。通过本文工作,对这两个一直困扰大跨屋盖结构抗风研究的问题初步给出了解决方案,其理论意义和工程实用价值都是十分明显的。
朱芹为[10]2006年在《大跨度屋盖结构风荷载与风致响应研究》文中研究指明近年来国内外新建的大型公用场所广泛使用大跨屋面结构。这种结构质量较轻、阻尼较小，处于湍流度高的低矮大气边界层中，其风致动力响应较为明显，国内外较严重的风灾事故频有发生，做好这种结构的抗风研究及设计日显迫切。规范中关于大跨屋面结构局部和整体动态风荷载的内容很少，原有的结构风致振动理论主要是针对高耸结构提出的，如何评估风对这类新型结构的作用成为了摆在研究者面前急待解决的问题。近几年来，针对大跨度屋盖结构的风振理论取得了很大的进展，研究者们提出了很多新的计算理论、计算方法，但是在实际运用中仍然存在很多的问题。本文正是在这种背景下，依托武汉体育中心游泳馆屋盖的风洞试验研究，对现有的大跨屋盖结构的风荷载及风致响应计算方法做了一定的改进，在风致响应理论在实际工程中的应用上得到了一些有工程价值的结论。 本文首先介绍了近地风的特性以及建筑物的气动特性，简要回顾了在大跨度屋盖结构风致响应以及等效风荷载的研究领域的现状。在第二章介绍了进行刚性模型测压试验的具体方法，根据试验数据对武汉体育中心游泳馆屋盖的风压分布做了分析，总结了封闭体型大跨度屋盖表面分压的分布规律。第叁章对大跨度屋盖结构风致响应进行了计算，并对参振模态以及模态耦合项对响应的影响进行了分析，引入模态贡献系数来识别对风振响应有较大贡献的模态，采用累计模态贡献系数来判断参振模态的合理性。在第四章讨论了大跨度屋盖结构等效静力风荷载的算法，对传统的荷载响应相关法法做了一些改进，并将改进后的方法与传统的方法进行了对比。最后总结了本文的主要工作，并对下一步的研究工作进行了展望。
参考文献：
[1]. 大跨度屋盖结构随机风致振动响应精细化研究[D]. 潘峰. 浙江大学. 2008
[2]. 大跨屋盖结构风致振动分析及等效静力风荷载研究[D]. 罗楠. 西南交通大学. 2012
[3]. 高层建筑的抗风实测分析与大跨度屋盖的风致响应研究[D]. 杨有根. 湖南大学. 2007
[4]. 复杂形体大跨空间结构风压与等效静风荷载数值模拟[D]. 乔帅斌. 上海交通大学. 2014
[5]. 屋盖开孔的近地空间建筑的风效应及等效静力风荷载研究[D]. 李寿科. 湖南大学. 2013
[6]. 大跨度屋盖结构的抗风研究[D]. 沈国辉. 浙江大学. 2004
[7]. 干煤棚风致响应及干扰效应研究[D]. 米福生. 同济大学. 2007
[8]. 大跨屋盖结构风荷载特性及风致响应研究[D]. 齐鹏. 湖南大学. 2016
[9]. 大跨度球壳结构的风洞试验与风振响应分析关键技术[D]. 吴迪. 哈尔滨工业大学. 2008
[10]. 大跨度屋盖结构风荷载与风致响应研究[D]. 朱芹为. 武汉理工大学. 2006
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