高层建筑风荷载反演研究

本文研究了结构参数未知条件下的高层建筑风荷载反演问题,通过将平均风速的实测特性作为识别计算中的辅助条件,文中提出了一类荷载归一化统计平均方法,结合工程实例,进行了高层建筑风荷载反演分析,结果表明,本文建议方法可以在幅值、时程等方面均给出良好的风荷载反演结果,同时识别得到的结构参数具有良好的精度。从而为高层建筑风荷载研究提供了一条可行途径。     

高层建筑标准模型风效应的阻塞效应试验研究

对一组阻塞比为1.7%～10.9%的高层建筑标准模型在均匀低湍流强度风场和均匀高湍流强度风场中进行了多点同步测压试验,研究了不同风场下阻塞效应对高层建筑风致响应和等效静力风荷载的影响。结果表明:当阻塞比不大于4.5%时,可以忽略高层建筑风致响应和等效静力风荷载的阻塞效应;当阻塞比大于4.5%时,在均匀低湍流强度风场中,高层建筑的风致响应和等效静力风荷载均随阻塞比的增大而增大;在均匀高湍流强度风场中,湍流强度的增大不同程度地削弱了阻塞效应的影响。基于试验结果,提出了高层建筑顶部平均位移、位移均方根和加速度均方根的阻塞效应修正公式,可应用于修正等效静力风荷载,修正效果较好。     

不同体型建筑物尾流作用下的高层建筑的风荷载特性

采用高频底座力天平方法,研究了不同断面形状的施扰建筑对一典型断面受扰建筑的静力和动力干扰影响,分析了正方形断面施扰建筑和非正方形断面施扰建筑的干扰效应的差异和产生差异的干扰机理。结果表明:施扰建筑断面形状的改变对静力干扰的影响不显著,但对于动力响应方面则有非常明显的影响。由于位于上游的切角断面施扰建筑脱落的在其尾流中的漩涡频率要明显大于正方形断面施扰建筑的涡脱频率,使得其产生的最大包络动力干扰因子值(EIF)要显著高于断面为正方形施扰建筑的EIF值,最大可达4.41(顺风向)和3.69(横风向),相比断面为正方形的高出142%和82.7%。     

基于单向无迹卡尔曼滤波的飞机姿态算法

针对扩展卡尔曼滤波方法在飞机姿态滤波中存在的线性化误差大、需要解繁琐的Jacobian矩阵等问题,将一种新型卡尔曼滤波方法——单向无迹卡尔曼滤波应用于载有低精度、高噪声传感器的低成本飞机姿态滤波系统,并在精度及计算量上与EKF和容积卡尔曼滤波进行了比较。利用实测飞行数据进行实验,结果表明:相对于EKF,SUKF实现容易,且使姿态滤波精度提高到二阶;相对于CKF,SUKF计算简单,比CKF减少约33%的计算量。     

高湍流度风场中两个高层建筑间的风干扰效应

来流湍流度对群体高层建筑结构间的干扰效应有很大的影响。但由于流场模拟的复杂性,以往多数干扰效应研究所用的流场均不同程度地存在湍流度低于荷载规范建议值的问题,而且多数文献主要致力于研究在郊区地貌下的建筑群体间的干扰效应,甚少详细研究高湍流度的城市中心地貌的干扰效应。本文首先用被动模拟方法较好地模拟出乎均风剖面指数为0．3的城市中心地貌而湍流度不同的4种流场,所模拟出的流场的湍流度在模型高度处分别为10％,15％,20％和26％．在此基础上用高频动态力天平技术对两个高层建筑间的静态和动态干扰效应进行了风洞试验研究。文末对城市中心地貌下两个高层建筑间的动静态干扰以及风振系数的取值提出了一些建议。     

超高层建筑风荷载及风致响应的同步反演方法研究

基于离散型卡尔曼滤波及泰勒级数展开提出了一种超高层建筑风荷载的反演算法。该方法利用有限测量的结构响应能够实现结构未知风荷载及风致响应的同步实时反演。通过典型超高层建筑的风洞试验和现场实测结果验证了该方法的准确性。首先利用风洞试验得到的位移、速度、加速度响应反向识别了该超高结构的风荷载,系统地评估了结构模态参数误差、振动模态数、噪声水平等因素对风荷载反演的影响,发现新的反演算法对结构模态参数误差和测量噪声不敏感,考虑结构前四阶振动模态则可获得准确的荷载识别结果。并且基于台风期间实测位移响应识别了该超高结构的风荷载,实测位移反演的风荷载与风洞试验结果基本一致。研究结果表明,本文提出的反演方法是一种识别超高结构风荷载的有效工具。     

大跨屋盖结构考虑模态耦合的等效静力风荷载

基于荷载响应相关法提出了一种计算大跨屋盖结构等效静力风荷载的新方法. 该方法不 再分别计算结构的背景响应和共振响应,而是采用完全二次型组合法直接计算结构的整体动 态响应;而且这种方法能够考虑多阶模态的贡献和各阶模态响应间的耦合效应. 最后,将一 大跨屋盖结构(深圳市民中心)作为实际工程应用案例,计算了它的等效静力风荷载,并将 其与其他方法的计算结果进行比较,以验证方法的有效性.     

开槽对大跨悬挑平屋盖结构风荷载的影响

本文结合一大跨悬挑平屋盖模型的风洞试验研究，分析了此类结构屋盖的平均局部体型系数和极值局部体型系数的分布特性；并根据其风压的分布特性，提出在悬挑屋盖承受较大负压的屋檐和角点附近这些遇强风易发生破坏的部位采取开槽气动抗风措施，进一步研究了该气动抗风措施对大跨悬挑平屋盖结构风荷载的影响，试验结果显示，它们可以有效地削减屋盖风敏感处的风荷载值，使平均局部体型系数大约降低50％，极值局部体型系数大约降低25％，所得的这些结果对于结构的抗风设计有一定的指导意义。     

某电厂自然通风冷却塔塔群风载荷研究

自然通风冷却塔属高耸的薄壳结构,在风载荷作用下冷却塔顶部的位移可超过壁厚的数倍,对风载荷极为敏感,特别是在塔群情况下,风速、风压分布和塔间气流十分复杂. 根据某电厂不规则塔群风洞试验结果,提出塔群条件下自然通风冷却塔设计风荷载取值的几点意见,可供工程参考.     

基于平方根无迹卡尔曼滤波平滑算法的水下纯方位目标跟踪（英文）

为了避免被动跟踪中非线性带来的计算复杂化及跟踪精度的下降,提出将平方根无迹卡尔曼滤波平滑算法(SR-UKFS)应用到水下纯方位目标跟踪。SR-UKFS利用Rauch-Tung-Striebel(RTS)平滑算法将平方根无迹卡尔曼滤波(SR-UKF)作为前向滤波算法得到的目标状态估计向后平滑,得到前一时刻目标状态估计,再利用该状态估计值进行再次滤波得到当前时刻目标状态估计。该算法得到的前一时刻的目标状态估计更加精确,从而进一步提高了目标跟踪的精度。最后,通过对SR-UKFS算法和SR-UKF算法的跟踪性能进行了对比分析和验证,仿真结果表明在相同条件下,SR-UKFS算法能减少59%的位置误差和54%的速度误差,SR-UKFS算法应用于水下纯方位目标跟踪系统是有效的,为水下纯方位目标跟踪系统的工程实现提供了非常有价值的参考。     

SINS初始对准中的鲁棒超球体无迹卡尔曼滤波方法

捷联惯导初始对准大失准角系统误差模型中,当噪声具有不确定统计特性时,基于白噪声假设的无迹卡尔曼滤波算法鲁棒性较差.针对该问题,提出了一种基于H∞理论的鲁棒超球体无迹卡尔曼滤波算法.给出了计算量小的超球体采样策略,推导了H∞滤波的鲁棒机理,分离了鲁棒环节.将鲁棒环节引入超球体无迹卡尔曼滤波算法,得到鲁棒超球体无迹卡尔曼滤波算法,并分别在系统噪声和量测噪声为白噪声和有色噪声的条件下,对超球体无迹卡尔曼滤波和鲁棒超球体无迹卡尔曼滤波两种滤波方法进行了仿真实验.仿真结果表明,鲁棒超球体无迹卡尔曼滤波在白噪声情况下虽然精度有所降低,但是相对超球体无迹卡尔曼滤波具有了对有色噪声的鲁棒性,较超球体无迹卡尔曼滤波方法更适用于天向失准角为大角度并且噪声特性为有色噪声的情况.     

考虑风-结构-土耦合作用时高层建筑顺风向风振响应分析

本文综合考虑了风-结构-土的耦合作用对高层建筑顺风向风振响应的影响，研究了在各种参数下高层建筑风振响应的特性。由于在风-结构-土耦合作用问题的整个体系的控制方程中，既有时域中的耦合关系，又有频域中的耦合关系，本文提出采用傅立叶变换-时频迭代法来进行求解，较好地解决了用普通的方法难以解决的问题。最后采用数值计算的方法比较了考虑风-结构-土的耦合作用和仅考虑土-结构相互作用以及刚性基础的结构位移响应及加速度响应。     

沙岭子电厂冷却塔群风荷载的风洞研究

本文通过风洞实验研究了沙岭子电厂接近直线布置的四个双曲线型冷却塔在主导风向和最大风速风向角下的平均压力和脉动压力分布。研究结果表明:在较大风向角时,主要由于塔群间的邻近作用,使塔面最小平均风压系数绝对值有所增加,对塔面的脉动压力分布影响较小;在较小风向角时,主要由于上游塔的尾流影响,使下游塔塔面的平均压力分布变化较大,特别是脉动压力,与孤立塔相比可增大几倍。同时,塔群影响使得下游塔压力谱中能量分布相对集中,其峰值频率较孤立塔有成倍的提高。     

带TLD结构基于Davenport谱随机风振响应分析和风荷载取值的复模态法

对带TLD控制系统的高层建筑随机风振响应和等效静态设计风载取值问题进行了系统研究。针对主体结构用第一振型展开所得方程为非经典阻尼和非对称结构运动方程,用复模态理论解耦,并利用随机振动理论获得结构风振响应解析式,建立了将结构分解为一系列等效单自由度体系的一般方法,继而利用等效单自由度体系随机风振响应的解析解,获得了带TLD结构基于现行规范Davenport谱随机风振响应和等效静态设计风载的解析解,并给出算例,从而建立了非经典阻尼非对称被动控制结构基于Davenport谱随机风振响应和风载取值的一般解析方法。由于获得解析解,故本文方法可用于带TMD、TLD等结构基于动力可靠度约束的抗风优化设计。此外,由于建立了将结构分解为一系列等效单自由度体系的一般方法,利用等效单自由度体系与抗震反应谱的关系,本文方法还可用于非经典阻尼非对称被动控制结构基于抗震反应谱的地震作用取值。     

屋面光伏板风荷载特性数值分析

风荷载在屋面光伏阵列结构体系设计中起控制作用。采用计算风工程的方法分析讨论了屋面光伏板的风荷载特性。数值算法采用分离涡模拟方法。数值计算结果与现有风洞实验数据的比较,验证了本文方法的正确性。考虑影响光伏板风荷载的因素主要有光伏板在屋面上的安装位置、安装倾角、光伏阵列之间的距离和风向等。计算结果表明,屋面处脱落的涡对安装在不同位置的光伏阵列风荷载的影响较明显。当倾角由15°增加到45°时,电池板受到的风荷载随着倾角的增加而增大。在一定阵列间距范围内,光伏板风荷载主要表现为前排对下游光伏板的遮挡影响。本文方法与结果能为屋面光伏建筑结构设计提供重要参考。     

基于无迹粒子滤波的飞行器再入段传递对准方法

针对再入式飞行器再入返回前需要精确和快速的传递对准需求以及空间环境特殊性,提出了一种适用于再入式飞行器空间平台对准方法,建立J2000坐标系下光纤陀螺惯组的系统状态方程,利用星敏感器输出的姿态和光纤陀螺惯组输出的姿态差值作为观测量,实现飞行器的"姿态"匹配传递对准算法。针对系统状态方程和量测方程的非线性特性以及单独使用无迹卡尔曼滤波(UKF)方法存在滤波不稳定性和单独使用粒子滤波(PF)方法存在粒子退化导致估计误差变大的问题,提出了无迹粒子滤波(UPF)算法,采用卫星工具包(STK)软件模拟飞行器在轨运行进行仿真验证。仿真结果表明:该方法可以在3s内使得失准角的估计误差小于0.6',估计精度提高了30%,收敛时间缩短了70%,相比传统方法提高了对准的精确性和快速性。     

动网格模拟风振对超大瘦高型冷却塔风荷载的影响

利用Fluent软件对超大瘦高型冷却塔的风荷载进行了CFD数值模拟,获得冷却塔外表面的三维流场特性和风压系数分布曲线,并与规范数据进行比较,以验证数值模拟的准确性;利用CFD动网格研究风振条件下冷却塔内外壁的风压分布。结果表明:考虑风振特性后,冷却塔外壁风压呈现增大的趋势,最大负压位置即流动分离点在考虑风振时产生了滞后;对于本文研究的上下开口结构而言,在考虑风振作用后内部风压系数的绝对值整体偏大,且内部高压区的位置发生了变化;不考虑风振时内部风压高压区发生在接近塔底的区域,而考虑风振特性后,内部风压高压区发生在接近塔顶的区域。这说明风振在一定程度上改变了冷却塔内部风压的分布。     

基于约束加权最小二乘的多目标等效静力风荷载方法在大跨屋盖中的应用

为计算大跨屋盖多目标等效静力风荷载,采用约束加权最小二乘方法,设基本向量为完全三分量单目标等效静力风荷载,推导了一种完全三分量多目标等效静力风荷载方法。以一个开孔屋盖为例,进行了刚性模型测压风洞试验,研究了该屋盖的单目标和多目标等效静力风荷载。结果表明:单目标和多目标等效静力风荷载的分布形状相似,多目标等效结果大于单目标等效结果;采用单目标等效静力风荷载方法,精确等效节点的等效位移与实际位移完全相等,但其它等效节点的等效位移明显偏离实际位移,最大误差可达72.1%;而完全三分量多目标等效静力风荷载方法下的其它等效节点的等效位移与实际位移相差较小,最大误差仅为6.1%,适合大跨屋盖等效静力风荷载的多目标等效。     

锥形涡诱导下建筑物顶面风荷载

通过风洞模拟实验,研究了在锥形涡诱导下建筑物顶面风荷载的特性. 针对一个立方体形模 型,给出了在不同风向角下压力分布的系统结果,进而分析了产生这样结果的原因和流动机 理,以及建筑物顶面的分离流动结构随风向角改变而改变及其演化过程,并指出锥形涡的出 现是建筑物顶面局部出现峰值负压的主要原因. 实验结果还显示,在一定风向角下,由于分 离流动产生的锥形涡结构在屋顶局部可以诱导出时均负压峰值达$-1.0$以上;在风向角 $\beta =30^\circ$时,锥形涡强度达到最大,其诱导的顶面附近局部时均负压峰值可 达$-2.4$, 瞬时风压达$-5.7$以上,是导致建筑物屋顶在强风下损坏的根本原因.     

风荷载作用下上海地区外墙外保温系统性能研究

高层建筑随着高度的增加受到风荷载值也增加,外墙外保温系统受到风荷载影响亦增加.外墙外保温系统在交付后,开裂、脱落、渗水现象时有发生,严重时会造成脱落,存在安全质量隐患.本文根据上海地区外墙外保温的实际情况,对外墙外保温系统的风荷载设计值、空腔风压力损失、粘结力等进行计算,综合分析了风荷载对外墙外保温系统的影响及破坏机理,并提出了针对性的措施.