广州新电视塔模型测力风洞试验及风致响应研究Ⅱ:风致响应分析

基于节段模型测力试验的结果,采用随机振动响应分析中的完全二次组合法(CQC)对广州新电视塔结构进行随机风致振动响应分析,包含振型之间交叉项对响应的影响。"串联多质点系"力学模型被用来模拟电视塔结构,每层质点可考虑两个水平方向的线位移和绕竖向参考轴的转动位移。通过计算确定该电视塔不同高度上的风致振动位移响应、加速度响应、截面内力响应。计算结果表明,电视塔结构极值位移、内力随风向有相同的变化规律并且天线结构鞭梢效应对加速度的影响程度远大于位移。同时提供的等效静力风荷载考虑多个模态及模态间交叉项对响应的影响,可用于计算电视塔结构的位移及内力根方差响应。

风振响应计算的新方法——广义坐标合成法

风振响应通常根据激励的功率谱矩阵,采用完全二次型组合(CQC)或其改进算法进行计算。但对于已由风洞试验给出激励时程的结构而言,采用广义坐标合成法(GCS)可获得更高的计算效率和更快的计算速度。该方法利用单自由度广义坐标方程的频域数值解法,求解广义坐标时程,进而根据振型叠加法得出响应时程或响应方差。对于加速度响应,首先计算广义坐标的加速度时程,然后再叠加。求解响应方差时,GCS的计算量和计算规模通常不到CQC改进算法的1/10,而计算结果与CQC方法完全等价。该方法的另一突出优点是可方便的得到响应时程,这为开展响应构成和概率特性的研究创造了有利条件。通过两个典型算例阐述了该方法地具体应用,证明该方法具有高效、快速、准确的特点。

POD法在定日镜风振响应计算中的应用

定日镜结构风振响应中有多个振型参与,利用完全二次型组合法(CQC)可以考虑各振型间的耦合作用,得到精确结果,但计算量很大,因此提出将随机风场本征正交分解(POD)技术运用到定日镜结构响应计算中。首先给出了POD法原理,讨论了如何将POD法与CQC法结合进行结构脉动响应的频域分析;然后利用POD法分解风洞试验中多通道电子式压力扫描阀系统同步采集到的定日镜表面风压时程,分析了其本征向量的分布特点,以及各阶模态的贡献情况;最后计算出定日镜风致位移响应的均方根,并且对比采用不同阶数模态缩减得到均方根响应的误差。结果表明将POD法引入到风振响应分析中可以大大减少计算工作量并且能保证足够的精度。

柱壳屋盖的等效静风荷载

根据弹性恢复力的模态展开式和计算响应的拟静力公式导出产生屋盖结构最大峰值响应的等效静风荷载。给出两种计算等效静风荷载的途径,一种表示为模态等效静风荷载的加权组合,另一种表示为背景分量与共振分量的加权组合。利用同步多点压力扫描技术对一个柱壳屋盖结构进行了风洞试验。采用完全二次型组合法(CQC法)和平方总和开方法(SRSS法)计算了不同风向角下竖向位移的峰值响应,说明了模态耦合的影响。将两种途径计算的柱壳屋盖等效静风荷载分布与平均风荷载分布作了比较,分析了相应的峰值响应与平均响应。分析结果表明:许多结点的等效静风荷载远大于平均风荷载,而且脉动风效应和共振效应也应引起重视。

弦支穹顶结构的风振响应分析

在考虑了风向角和水平脉动风速谱对结构响应计算结果影响的前提下,采用完全二次型组合法(CQC法)对实际大跨弦支穹顶屋盖结构进行了风振响应的频域分析,得到了不同风向角下该弦支穹顶屋盖结构的风振系数,分析了参振模态数目对结构响应计算结果的影响,并将其他4种脉动风速谱与常用的Daveport谱的风振响应计算结果进行了对比.分析结果表明:结构不同区域的最敏感风向角不同,结构中心部位对45°风向角最为敏感,除中心和悬挑部位以外的其他部位对0°风向角最为敏感;所有区域对90°风向角最不敏感;结构的内力风振系数总体上较位移风振系数分布均匀;参振模态数对该实际结构响应计算结果的影响较为明显,因此建议选取的参振模态数不小于100.另外,Harris谱不适合用于该结构风振响应的频域分析.

单层球面网壳风振分析的时域法与频域法比较

根据风洞试验同步测量的风压数据,分别采用时域Newmark-β法、频域完全二次型组合法以及平方总和开方法计算单层球面网壳结构的节点峰值竖向位移响应,对3种方法的计算精度、计算时间等进行了比较;并且给出了一种离散荷载时间序列的新途径,即应用本征正交分解技术将脉动风荷载分解为空间协方差模态和主坐标,对主坐标时间序列利用三次样条插值函数离散成新的风荷载时间序列。分析结果表明:频域完全二次型组合法在进行屋盖风振分析时耗时少,计算效率高。