超高层建筑横风向风致响应的非高斯性及峰值因子研究

基于单自由度气动弹性模型风洞试验,分析了超高层建筑横风向响应的非高斯性。通过归一化概率密度分布图直观地对比了不同风速,不同风场,不同斯科顿数和正下游干扰建筑对超高层建筑横风向加速度响应非高斯性的影响。通过对比多样本峰值因子观测值,对几种峰值因子取值方法的适用性进行了评估。分析了来流风速、风场、斯科顿数和下游建筑对风致响应峰值因子的影响。结果表明:在低湍流度下,来流接近涡激共振风速时,风致响应会出现显著的非高斯性;风场和干扰位置对风致响应非高斯性有着明显的影响;Davenport法在涡激共振风速和部分高折减风速时过分高估了峰值因子实际值,建筑结构荷载规范给定的峰值因子通常低估了峰值因子实际值,子段极值统计法可以较精确地给出峰值因子。

超高层建筑横风向位移响应峰值因子研究

为了研究超高层建筑横风向位移响应峰值因子的计算方法和变化规律,进行了一系列的多自由度气弹模型风洞试验,测量了横风向位移响应时程。简要分析了横风向位移响应时程的概率特性,验证了响应时程满足经典极值分布。继而以经典极值理论结果为基准,检验了峰值因子法、改进的峰值因子法和全时程方法对峰值因子的计算精度。结果表明,在小折算风速下,基于高斯假定的峰值因子法和全时程方法的计算结果有较大误差;而在折算风速较大时,几种方法的计算结果差别不大。整体来看,改进的峰值因子法与经典极值理论的计算结果更为相近,在实际工程中可以采用改进的峰值因子法来计算超高层建筑横风向位移响应的峰值因子。改进的峰值因子法的计算结果表明,超高层建筑横风向位移响应峰值因子随折算风速的增大大致呈“先减小后增大”的趋势,此外,结构阻尼比和结构质量也会影响峰值因子的大小。最终,将横风向位移响应峰值因子视为折算风速的函数,提出了一个初步的经验公式,供后续研究参考。

不同风向角下干扰效应对超高层建筑横风向风振响应影响的试验研究

通过气弹模型测振试验,分析了2个相同尺寸的建筑模型,在折减风速、风向角和施扰位置改变的情况下,受扰建筑顶部横风向加速度响应的变化情况。绘制了加速度响应均方根的干扰因子IF和全风速情况下的包络干扰因子EIF等值线图,讨论建筑在不同情况下受到的干扰效应,并进行了典型工况的时频分析。结果表明,两建筑串列布置且施扰建筑位于y/b=6时,建筑横风向加速度响应均方根达到最大值;两建筑并列布置且施扰建筑位于x/b=2时,建筑横风向加速度响应均方根减小最为明显;随着风向角的增加建筑横风向加速度响应均方根有所减小;施扰建筑位于上游对受扰建筑风振响应的影响较为强烈,普遍会放大受扰建筑的风振响应;不同风向角各施扰位置受扰建筑的EIF基本在1.0以上,其中30°风向角、施扰建筑位于y/b=6,x/b=0时,其EIF最大可达2.68;上游位置的干扰会使受扰建筑的卓越频率有所减小,并降低其低频段和高频段能量。

降低超高层建筑横风向响应气动措施研究进展

随着科学技术的进步,现代超高层建筑向高柔方向发展,其横风向荷载和响应问题越来越显著,成为结构设计中必须重点关注的问题.降低超高层建筑横风向荷载和响应的措施主要有空气动力学措施(简称气动措施)、结构措施以及外设阻尼器措施三种,其中气动措施的机制是通过设计合适的建筑外型(或适当的局部修正)使其满足抗风要求.对超高层建筑抗风气动措施的研究成果进行了总结,这些措施主要有:选择气动性能好的基本截面形状,横截面角部处理、横截面沿高度变化、立面开洞等.同时,还指出目前研究和工程应用中需要注意的问题,以及对今后研究提出建议.

高耸塔架横风向动力风效应

在现行的荷载规范、高耸结构设计规范以及能源部颁发的《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》（ＳＤＧＪ９４－９０）中，对格构式塔架的横风向风振力均未作考虑。作者通过对气动弹性模型风洞试验和国外现场实测资料的分析，论证格构式塔架具有几乎与顺风向等同的横风向风振力，以期在设计中引起足够的重视，并且根据试验结果提出了横风向风振力的简化计算公式。

高耸异型烟囱横风向气动参数CFD模拟

为研究高耸异型烟囱横风向气动参数,采用计算流体动力学(CFD)方法对某发电厂烟囱进行了非定常风场数值模拟,获得了烟囱各典型剖面的侧力系数均方根和斯脱罗哈数,为烟囱横风向风振分析提供了合理的气动参数。同时,对与该烟囱剖面形式相近的经典钝体绕流问题进行了数值模拟,所得结果与实验及前人数值结果吻合良好,验证了方法的可靠性。

高层建筑横风向风效应研究综述

高层建筑的横风向荷载及响应问题非常复杂,它与来流紊流、尾流和气动反馈3个方面的激励有关.虽然研究人员关注这一问题已有30多年,但迄今为止还没有形成被广泛采用的成熟的分析理论和方法,许多国家的规范中尚无相关的规定.国内外高层建筑横风向风效应研究成果主要分为3部分:横风向气动力的确定,横风向气动阻尼的识别和横风向等效静力风荷载的计算方法.风洞试验技术、数据拟合技术、参数识别技术是确定高层建筑横风向风效应的主要手段.通过分析国内外研究手段和方法的现状及优缺点,针对高层建筑横风向响应研究中存在的问题和不足,提出了应该关注的重点:高层建筑外形的复杂变化对气动力的影响、高层建筑横风向气动阻尼的识别方法以及形成机理和影响因素、等效静力风荷载计算方法和复杂形体超高层建筑顺、横、扭3种风荷载分量的耦合问题.

超高层建筑横风向气动力谱

利用高频测力天平技术 ,在四种不同风场中对 15种不同外形的超高层建筑的刚性模型进行了风洞试验 ,测量了这些模型的横风向基底弯矩 ,即一阶横风向广义风荷载 ,考察了风场类型、模型长细比、宽厚比及模型横截面角沿的修正对超高层建筑横风向广义气动力谱的影响规律 ,并拟合出一个以风场类型、模拟长细比、宽厚比为参数的超高层建筑横风向广义气动力谱的闭合表达式 .通过与国外有关文献给出的结果的对比 。

矩形截面高层建筑的横风向基底弯矩系数均方根值研究

利用高频天平技术,在4种不同风场中对71种不同外形尺寸的矩形截面高层建筑刚性模型进行风洞试验,测得高层建筑横风向基底弯矩系数,考察建筑厚宽比、长细比及所处风场类型对高层建筑横风向基底弯矩系数均方根值的影响。试验结果表明,厚宽比的影响效果最显著,长细比的影响可以忽略不计,风场类型的影响随着厚宽比的不同而不同。基于这些风洞试验数据,给出基底弯矩系数均方根值的拟合公式并对拟合公式进行误差分析,通过与国内外相关研究成果的比较,验证拟合公式的精度与合理性,可以为荷载规范的修订和补充提供很好的参考。

3个不同高度高层建筑间的横风向动力干扰效应

试验分析了5种不同高度比情况下3个任意排列高层建筑间横风向基底弯矩响应的动力干扰效应,结果显示2个施扰建筑的协同作用会产生远高于单个施扰建筑的干扰效应.对3个建筑物间的包络干扰因子(FEI)分布提出了有效的简化表示方法,解决了三建筑物间干扰效应难以表示的难点.采用神经网络、统计方法对不同参数配置的FEI分布进行了分析,发现不同高度比配置以及不同地面粗糙度类别下的FEI分布存在较为明显的相关特征,并由此得到了可以反映不同参数对FEI分布影响的定量关系,大大简化了考虑多参数干扰效应所得结果的繁杂程度,使结构受扰后的荷载估计计算更趋于简洁合理.

矩形超高层建筑横风向脉动风力,Ⅱ:数学模型

系列文章的第一部分总结了矩形截面高层建筑横风向脉动风力的基本特征。在此基础上,采用非线性最小二乘法,以风场类型及厚宽比为基本变量,对横风向脉动风力根方差系数、竖向相关系数以及功率谱密度进行拟合,得到横风向脉动风力的闭合求解公式。最后通过与试验结果的比较,验证了这些公式的精度。运用这些公式,可较为方便地计算矩形截面高层建筑的横风向脉动风力。

超高层建筑横风向风振响应计算的响应谱法

根据超高层建筑横风向风振响应的特点,提出了超高层建筑横风向风振计算的响应谱法,相对于传统计算方法,响应谱法具有以下特点:(1)响应谱法基于横风向风荷载沿建筑高度分布的特征及随机振动理论分析计算结构响应,该方法直接对分析结果进行数据拟合,相比于传统方法只拟合建筑风荷载基底合力均方值及功率谱密度函数的特点,该方法减少了计算中间过程,减小了计算误差。(2)采用响应谱方法计算结构响应时,可以考虑多阶振型的贡献。(3)响应因子本质上是反映结构振动对准静态风荷载放大作用的响应谱,在应用上与地震作用计算方法类似,便于工程人员理解和应用。由于公式简单、易于理解,响应谱法具有较好的操作性,可为超高层建筑横风向抗风设计提供参考。

高层建筑横风向风致响应及等效静力风荷载的分析方法

高层建筑横风向风致响应和等效静力风荷载是风工程和结构工程领域关注的问题。基于既有高层建筑横风向气动力和气动阻尼研究成果,推导出一套高层建筑横风向风致响应及等效静力风荷载的计算方法。该方法考虑了广义气动力的振型修正、气动阻尼及背景分量对风致响应的影响。通过算例与日本AIJ(2004)推荐的横风向荷载的计算方法进行了比较,显示了本计算方法的便捷性和结果的准确性,并分析了振型修正、气动阻尼和背景分量等因素对计算结果的影响。

方形高层建筑横风向层风力干扰特性

利用刚性模型测压试验研究受扰建筑层风力的干扰特性,研究了施扰建筑在不同位置时受扰建筑的横风向层风力沿高分布情况以及其干扰因子沿高分布情况,给出了并列和串列时的脉动层风力系数沿高分布拟合公式.结果显示,施扰建筑可能会使受扰建筑横风向平均层风力不再为零,横风向脉动层风力沿高分布情况及其干扰因子沿高分布情况与施扰建筑位置关系密切,脉动层风力干扰因子最大可达2.26.

1000kV输电塔横风向振动风洞试验研究

为研究特高压输电塔架和输电塔–线耦联体系的横风向风振响应特点,以某1 000 kV输电线路为工程背景,通过气弹模型风洞试验,分析了单塔和塔–线体系在紊流风场中的横风向风振响应。试验结果表明:在紊流风场中,输电塔的横风向响应和顺风向响应处于同一数量级;塔–线体系中输电塔的横风向加速度响应大于单塔,横担端部的横风向位移响应大于单塔,而塔身处的横风向位移响应却小于单塔。高阶振型对单塔横风向加速度和位移响应的影响不能忽略,而位移响应还包含了一定程度的背景响应。在进行特高压输电塔的抗风设计中,应考虑横风向风振响应的影响。

高层建筑的横风向激励特性和计算模型的研究

将高层建筑的横风向激励分解为横风向紊流和涡激力激励。根据10个典型高层建筑模型的风洞试验结果,分别研究了两种激励的特性和计算模型,给出典型建筑的横风向紊流激励力系数、涡激力系数和相应的形状系数。特别着重研究涡激力功率谱函数和相干函数,总结出的结果可加深对高层建筑横风向荷载特性的认识,所建立的典型高层建筑的横风向荷载计算模型可用于实际工程。

高耸结构横风向风振研究

本文从空气弹性力学理论出发,详细研究了高耸结构横向风振的主要形式——涡激振动,得出了风激锁定激励时高耸结构的共振区域的确定方法和响应计算式,在此基础上讨论了横风向最大共振荷载的发生风速以及适于工程应用的横向风振响应算式和图表。文中给出的工程实例表明,基于本文理论的横风向风振验算方法的计算结果与实测值吻合得很好。根据本文研究表明,对目前工程中应用的横风向风振验算法在确定共振区域和验算风荷载方面应作重新评价。

矩形超高层建筑横风向脉动风力.Ⅰ:基本特征

阐述系列论文的第一部分。对7个矩形截面超高层建筑模型进行了同步测压风洞试验。研究了横风向风力系数的根方差、功率谱密度、竖向相关性系数和相干函数的基本特征。通过对比不同厚宽比、不同风场的试验结果,研究了这两个参数对横风向脉动风力的影响效果。研究结果表明,厚宽比的影响效果最为显著,厚宽比不同,横风向脉动风力的作用机理可能也有所不同。

横风向旋涡脱落的共振分析及在工程上的应用

结构在风荷载作用下,不但会出现顺风向平均风响应和脉动风引起的风振响应,而且必然同时出现横风向旋涡脱落风振,当横风向旋涡脱落频率与结构的某阶自振频率一致时,结构会产生极大的横风向共振,以致引起结构的损坏或破坏。在阐述横风向旋涡脱落频率共振的基本原理基础上,结合工程实际,对某一电信楼的避雷针结构进行了横风向风振(旋涡脱落)的校核与计算,得到了一些有益的结论与建议,为避雷针的进行风振控制提供了可靠的参考依据。

有锥度圆截面高耸结构的横风向响应简化计算

针对目前国外有锥度圆截面高耸结构横风向响应计算的复杂性和国内在此方面研究的不足,根据随机振动理论以及B.J.V ickery提出的横风向力谱,推导了计算有锥度圆截面高耸结构最大横风向响应的简化公式。在应用于工程计算方面,简化方法和基于随机振动理论的标准方法有着很好的一致性,而B.J.V ickery近似方法的预测值偏小。