开孔结构屋盖风致响应的模态分析法

利用迭代算法推导了迎风面开孔结构屋盖风致响应的模态计算理论.在传统模态分析法的基础上考虑结构内压与屋盖的耦合作用,推出了模态空间不独立的频响函数矩阵来描述屋盖的风致响应特性,对一典型钢网架平屋盖风致位移响应和加速度响应在迎风面开孔影响下的变化进行了参数分析,并实施了气弹模型风洞试验对理论成果进行验证.研究结果表明,当开孔率足够大时考虑开孔后屋盖结构的风致响应会大幅增加,而随着来流风速的增加,屋盖风致响应的增幅与封闭式屋盖相比是减小的.     

平屋面结构风致响应的多参数对比试验

对大跨度平屋面气弹模型的风致响应特性进行了多参数对比的风洞试验研究。采用预张力索网结构体系设计制作了可调刚度的大跨度平屋盖结构的气弹模型,在大气边界层风洞中对来流风速、屋盖刚度和墙面开孔等参数的影响进行屋盖风致响应对比试验。试验研究结果表明,屋盖风致加速度响应随着来流风速或墙面开孔面积的增大而增大,随着屋盖刚度或墙面孔隙率的增大而减小,屋盖与内压的耦合效应对屋盖响应的影响较大。     

以Lanczos向量直接叠加法确定圆拱顶屋盖风致响应

提出以Lanczos向量直接叠加法确定大跨屋盖结构的风致响应。传统的模态叠加法中无法保证精确计算的特征向量一定能够参与动态响应。与传统模态叠加法不同,在生成正交的Lanczos向量算法中只产生在荷载展开式中有较大参与系数的向量,并用于后续的模态叠加法之中。产生第一个Lanczos向量的空间向量来自于屋盖风压场的本征正交分解(POD)。利用同步多点压力扫描技术对一个圆拱顶屋盖进行了风洞试验。利用所提出的方法分析了屋盖风致响应,并与传统方法以及采用平均风荷载作为空间向量的Lanczos向量直接叠加法进行了比较,说明了本文方法的有效性。     

块Lanczos法在大跨屋盖风致响应中的应用

提出块Lanczos向量直接叠加法分析大跨屋盖结构的风致响应.将适用于单个初始荷载向量的Lanczos方法推广到由多个初始荷载向量线性组合的一般动力荷载情况.由于不仅Lanczos块内的向量之间相互正交,而且Lanczos块之间也相互正交,屋盖结构的运动方程变换为块三对角矩阵的带状形式.这个途径不仅便于有效地应用时间域逐步积分解法,而且便于应用频率域解法.对脉动风荷载作用下的屋盖结构,多个初始荷载向量可应用本征正交分解得到.它将风压场分解为主坐标与协方差模态的组合,主坐标仅依赖时间而协方差模态仅依赖空间位置.根据圆拱顶屋盖模型风洞试验得到的风荷载,采用块Lanczos法、一般的Lanczos法以及传统的模态叠加法计算了屋盖竖向位移响应.对块Lanczos法的精度及效率作了讨论.     

本征正交分解技术在屋盖风压场重建与预测中的应用

给出利用本征正交分解(POD)对屋盖风压场进行重建和预测的研究结果.对一个双坡屋盖用同步多点压力扫描系统进行了风洞试验,根据POD技术采用前若干阶本征模态重建屋盖风压场.采用两种方案预测未布置测压点位置的风压时间序列.第一种方案中利用插值技术获得没有测压点位置的本征模态值.第二种方案对参考屋盖和需预测的新屋盖分别进行试验,结合由参考屋盖试验萃取的本征模态和由新屋盖试验的风压数据计算的主坐标,预测出新屋盖未知区域的风压时间序列.文中对风压场重建和预测的效果作了分析,而且比较了根据测量的风压数据和预测的风压数据所计算的屋盖风致响应.     

风雪共同作用下大跨度双曲屋盖数值模拟研究

“风致雪漂”运动可能会造成建筑物倒塌,威胁到人身财产安全,因此风雪的共同作用在设计大跨度结构时是不能忽略的。本研究采用欧拉-欧拉方法,基于k-kl-ω湍流模型,选择的大跨度双曲屋盖结构的投影形状有4种,分别为矩形、正方形、椭圆形以及圆形,研究在风雪流共同作用下风向角不同时这4种结构屋盖表面的风致积雪压力系数曲线图和积雪分布系数云图,并进行了对比分析,得到积雪分布规律。结果表明：风致雪漂作用下4种形状屋盖结构表面风致积雪压力系数比单独风作用下的平均压力系数大;4种屋盖结构表面的风致积雪压力系数最大值出现的位置不同;风向角对屋盖表面的风致积雪压力有很大影响,当风向角不同时,屋盖表面压力从大到小的排列顺序依次为矩形、椭圆形、正方形和圆形屋盖。     

大跨屋盖结构风振响应主要参振模态确定方法研究

合理选取主要参振模态是保证大跨屋盖结构风振响应计算精度的关键问题。本文以模态空间分布与风荷载空间分布相关性强弱作为选取主要参振模态的依据,考虑到屋盖结构表面风荷载分布的不确定性,提出了通过低阶主要贡献模态间接寻找风荷载强相关高阶模态的思想,首先实现对高阶参振模态数量的缩减。在此基础上,结合低阶参振模态,通过对模态响应方差矩阵的简化处理,构造了其等效矩阵,根据等效矩阵中对角线元素定义了模态参与系数,通过该系数能够方便的实现对主要参振模态的选取。最后,通过国家体育场屋盖主结构的风振响应分析对所提出方法的有效性进行了验证。     

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.     

基于无迹卡尔曼滤波的高层建筑风荷载反演

基于无迹卡尔曼滤波提出了一种高层建筑风荷载的反演算法，该方法利用有限测量楼层的风致响应数据，实时识别结构的未知风荷载和风致响应。通过典型高层建筑的风洞试验进行风荷载反演实例分析，验证了该方法的准确性和适用性，评估了模态参数误差、测量噪声水平对风荷载反演的影响。研究结果表明，文中提出的算法对模态参数误差不敏感，在一定噪声水平下反演的结果基本能够满足实际工程需要，该算法为实时评估高层建筑的风荷载和风致响应提供了有效的工具。     

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。     

单向悬挂屋盖结构的风致气弹耦合效应数值模拟

综合运用计算流体力学和计算结构力学技术,建立了适用于索膜结构流固耦合风振分析的CFD数值模拟方法,并编制了相应的有限元计算程序。应用该程序对具有不同参数的大跨度单向屋盖结构进行了风振响应分析,探讨了来流风速、屋面质量和初始预张力等参数对结构流固耦合特性的影响。研究表明,由于屋盖前缘周期脱落的大尺度旋涡是诱导结构振动的主要原因,随着大尺度旋涡沿屋面向下游移动,其动能逐渐转化为结构变形能,使结构振动形态呈现明显的涡激振动特征。屋面质量、来流风速和初始预张力是影响结构流固耦合性能的主要参数。对于索膜结构,仅通过刚性模型来确定结构风压并进行风振响应分析,其结果是不可靠的。     

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。     

连拱式大跨悬挑屋盖抗风气动措施研究

本文对连拱式大跨度悬挑屋盖进行了数值风洞试验,分别探讨了在屋盖悬挑前缘增设通风孔、导流板以及同时布设导流板与通风孔这三种气动措施对悬挑屋盖表面风荷载的影响及其作用机理．研究结果表明,同时布设导流板与通风孔的综合气动措施,能显著影响屋盖结构前缘气流的分离,从而减小屋盖的表面风压,并可减弱屋盖的风致振动．在此类屋盖结构设计中,运用综合气动措施可有效降低屋盖整体的升力系数与弯矩系数,对该类屋盖抗风设计较为有利．     

Ritz-POD法的原理及应用

提出一种在频域内分析大跨度屋盖结构的风振响应的Ritz-POD法。该方法用本征正交分解法(POD法)分解脉动风压场,得到占优的前几阶本征模态作为荷载的空间分布形式;根据此荷载空间分布形式生成Ritz向量,用Ritz向量直接叠加法分析结构风振响应,以解决大跨度屋盖结构多振型参与振动且高阶振型对结构响应贡献可能较大这一问题。运用该方法分析一单层球面网壳的风振响应,并与振型分解法对比,结果表明Ritz-POD法仅用少量的Ritz向量进行结构风振响应分析便可达到较高精度。     

平屋盖风压分布的数值模拟

基于Reynolds时均N-S方程和RSM模型对平屋面的风压分布进行了数值模拟,在此基础上系统研究了风向角、跨高比、地面粗糙度、风速等因素对屋面风压分布的影响,探讨了结构周围流场的绕流特性,最后根据屋面的结构形式及风压分布特点将屋面进行分区,给出了屋面在不同风向角下的分区风载体型系数以供工程设计参考。     

空间相关过滤白噪声激励下结构的随机振动离散分析方法

以随机振动的离散分析方法为基础,讨论了在空间相关过滤白噪声激励下结构的随机振动分析,给出了计算结构均值和均方响应的具体公式,并对一空间索网结构进行了风振响应计算。     

基于压力迭代修正的大型冷却塔抗风性能分析

目前,大型冷却塔的抗风性能分析主要把得到的风压分布施加到结构上进行结构计算,没有考虑风载引起的结构变形对风压分布的影响,会产生较大的误差。本文结合计算流体力学与有限元分析的特点,建立了考虑结构变形影响的风压迭代修正模型,进行平均风压下大型冷却塔的抗风性能分析,并讨论了内部空气流动及淋水层的影响。计算结果与规范分析结果进...