动力定位船舶等效静风荷载研究

从海洋船舶风荷载的作用机理出发,分别研究了海洋结构物风振响应和等效静风荷载。将船舶风振响应分解为平均风振响应和脉动风振响应,建立了三自由度船舶等效静风荷载模型,分别给出了平均分量、脉动风荷载的背景分量和共振分量的计算公式。对某海洋工程船的仿真结果表明,高海况下不考虑脉动风效应会导致对船舶实际风荷载的严重低估。

复杂多连体大跨度结构的风压与等效静风荷载模拟和分析

以上海世博会后的世博博物馆"欢庆之云"复杂形体大跨度新建工程为背景对象,运用数值模拟方法,研究在不同风向角来风且存在周边建筑风场干扰的情形下,表面曲率多变的多连体大跨空间建筑结构的表面风压、阵风系数和等效静风荷载.对风压云图和分区域风压系数进行了分析,并基于峰值因子法求解阵风系数,进而提出了考虑最不利风向角的等效静风荷载.

1000kV双回路特高压输电塔顺风向等效静风荷载研究

基于高频动态天平测力试验,研究了1000kV双回路特高压输电塔的等效静力风荷载。基于准定常理论和不同高度的脉动风荷载无量纲自功率谱相等的假设,得到了塔身不同高度处的风荷载自谱和互谱。分别计算了输电塔风偏角为0°和90°时的等效背景风荷载、等效共振风荷载和总等效静风荷载,给出了不同高度处的阵风效应因子,可为特高压输电塔的风荷载计算提供依据。

大跨空间结构的多目标等效静风荷载分析方法

针对大跨空间结构风荷载空间分布复杂、多振型参与结构风振以及等效静风荷载中存在多等效目标等特点,以作者提出的单目标(即等效目标)等效静风荷载分析方法为基础,提出多目标等效静风荷载的分析方法,该方法的基本思想是:根据结构风振响应特性,选择风荷载的主要本征模态和结构主导振型惯性力作为构造多目标等效静风荷载的基本向量;根据最小二乘法,得到基本向量的最优组合系数,从而得到针对多个等效目标的等效静风荷载。该分析方法的优点是:能够再现风振响应特点,又能解决工程中的多等效目标问题。最后,将该方法应用于一单层球面网壳,结果表明:一个等效静风荷载分布形式就可以实现某一类响应(如所有节点的位移)都与动力极值响应等效,验证了本文方法的有效性和精度。

大跨度屋盖结构等效静风荷载研究

有关等效静风荷载理论的研究,以往多针对高层、高耸结构展开。大跨度屋盖结构与高层、高耸结构形式相比,最大的不同在于要考虑多阶振型的影响。由此带来的问题有:对于结构的不同构件和不同响应类型,其等效原则不是惟一的;结构振动模式与荷载分布形态密切相关;如何考虑多阶振动模态的组合。针对以上3个问题,分别探讨了相应的解决思路,并初步给出了关于结构等效背景分量和等效共振分量的确定方法。研究表明:该方法在保证控制点等效的同时,还能使结构其他部位的等效响应更接近于实际可能出现的最不利响应,因而能够更加准确地反映出大跨度屋盖结构风振响应的本质特征。

大跨干煤棚网壳风振时程分析和等效静风荷载研究

以某热电厂大跨干煤棚网壳工程项目为背景,对开敞干煤棚网壳结构进行风洞测压试验。基于风洞测压试验所得的脉动风荷载时程数据,开展大跨干煤棚网壳风振时程分析。分析不同风向角下是否堆煤对该开敞干煤棚网壳结构风振响应的影响。研究了基于时程计算结果的大跨屋盖结构等效静风荷载计算方法,分析比较几种常用的风振系数计算公式及其与峰值因子的关系。研究结果表明:考虑Weibull分布峰值因子的局部轴力风振系数能够用于确定合理有效的等效静力风荷载,实现大跨干煤棚网壳结构风振响应的静力等效,且便于工程应用。

大跨屋盖结构等效静风荷载研究

等效静风荷载为大跨屋盖结构设计提供了处理时空变化动力风荷载的有效途径。从两个方案对等效静风荷载研究,一种方案是采用模态等效静风荷载组合法,另一方案采用共振响应分量对应的模态等效静风荷载与本征正交分解法(POD)简化的荷载响应相关法(LRC)计算的背景等效静风荷载组合法,两个方案中通过加权因子考虑模态耦合项的影响。利用风洞试验同步测量单层柱面网壳结构的风压数据,根据完全二次型组合法(CQC)和平方总和开方法(SRSS)计算风致响应,结果表明模态耦合项可以忽略,仅选取前几阶模态即可获得准确响应结果。等效静风荷载计算的响应结果与CQC法计算结果进行校核。等效静风荷载确定两方案对比分析显示,第一种方案是非常有效、实用的确定等效静风荷载的方法,而第二个方案有助于分别对背景和共振等效静风荷载研究。

大跨度屋盖结构风振响应和等效静风荷载的快速算法和应用

采用一种新的快速算法—谐波激励法(HEM)计算复杂大跨度空间结构的风致响应,该方法的精度等同于完全二次型组合(CQC)方法,对内存的消耗却要远小于CQC方法且计算速度要显著比CQC方法快。在得到结构风致响应的基础上,基于荷载响应相关(LRC)原理计算出包含共振响应和模态耦合的结构等效静风荷载(ESWL)。将本文方法应用于一复杂体育场屋盖的风振响应和ESWL的计算分析,通过对该结构风致响应的特征和ESWL分布的分析和讨论,证明了本文方法的有效性。文中还对响应的背景和共振分量的相关特征进行分析,结果显示:响应的背景和共振分量的相关系数最大可达-0.13,忽略这种相关特征所产生的误差最大可达6%并高估了结构的风振响应。

肋环型单层曲板网壳结构的风振响应及等效静风荷载

分析了肋环型单层曲板网壳结构的风荷载和风振响应,并对采用不同方法计算结构等效静风荷载的精度进行了比较.风洞试验结果表明:肋环型单层曲板网壳结构屋面主要受负风压作用;但在90°风向角下,由于体育馆受前方入口建筑的影响,屋盖边缘局部出现正风压.风振响应分析结果表明:有多阶振型参与结构的风致振动,高阶模态影响不可忽略;为保证结构表面所有节点位移准确,结构的模态耦合项不能忽略.但如果只保证较大位移处的准确性,忽略模态耦合项的SRSS方法也是可取的.利用LRC惯性力法和改进LRC方法计算肋环型单层曲板网壳结构的等效静风荷载,可以保证所有风向角下节点的最大位移等效,但不能保证所有节点的位移等效.

大跨屋盖的包络等效静风荷载

根据大跨屋盖不同等效目标的静风荷载分析,提出包络等效静风荷载的概念和估算方法。比较了不同等效目标的等效静风荷载产生的屋盖节点竖向位移峰值响应以及杆件内力峰值响应,说明包络等效静风荷载产生的各种响应与实际可能出现的最不利情况比较接近,因而能较全面地反映大跨屋盖结构风振响应的特征。而且还根据柱壳屋盖风洞试验结果分析了杆件内力响应背景分量和共振分量的模态分布,讨论了不同结构刚度对杆件内力共振响应及背景响应的影响。

大跨度屋盖结构等效静风荷载分析方法及应用

将大跨度屋盖结构等效静风荷载分为平均分量、背景分量和共振分量3个部分。以荷载响应相关系数法为基础,结合本征正交分解法,用脉动风荷载的本征模态表示等效静风荷载的背景分量,用主导振型的惯性力表示等效静风荷载的共振分量。进一步提出2个重要指标,选择最主要的本征模态和结构振型表示等效静风荷载,建立荷载模态、结构振型和等效静风荷载之间的联系。将该方法用于一单层球面网壳,计算结果验证了该方法的可靠性。

大跨平屋盖的多目标等效静风荷载研究

对平面桁架和空间网架两类典型平屋盖结构形式,研究针对所有关键节点位移和所有构件内力的多目标等效静风荷载。风振响应分析结果表明,两类结构风振响应中,共振响应明显大于背景响应,且第1阶振型起主导作用,根据该特性,用第1阶振型惯性力表示其多目标等效静风荷载,采用最小二乘法确定振型惯性力的组合系数。在工程常用的范围内,系统分析结构跨度、屋面质量、设计风速和风向等参数对平面桁架和空间网架多目标等效静风荷载的影响,得到可用于指导该类结构抗风设计的等效静风荷载风压系数的建议公式,且经校核,在该荷载静力作用下的结构响应与实际动力响应极值吻合较好。

双层球面网壳的风振特性与等效静风荷载

对于网壳结构的抗风性能研究以往大多针对单层网壳,而实际工程中应用较多的则是双层网壳,因此,有必要研究双层网壳的风振性能和抗风设计方法.以实际工程为例,对双层球壳结构的风致动力响应特性进行系统研究,结果表明,对于刚度较大的双层球壳,脉动风响应以背景分量为主,结构对风荷载的动力放大作用可以忽略不计.在此基础上以脉动风荷载均方差作为基向量,提出一种不同于现行规范的等效静风荷载表达方法.

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。

考虑地形效应的大型电视塔等效静风荷载分析

以在建的位于南京秀山顶部某大型电视塔工程为背景,考虑山顶地形三维效应的影响,对其进行了周边地形风洞试验和高频天平测力(HFFB)试验.基于改进的等效静风荷载(ESWLs)组合方法,对不同风向角、荷载工况和等效目标下该电视塔的基底内力和各层ESWLs进行了研究.在此基础上,进一步探讨了山顶地形、阻尼比和等效目标对此类电视塔结构风力分布特性的影响规律,并推荐了5种典型的最不利荷载组合工况下的各层ESWLs.结果表明:山地效应对于此类电视塔结构风力分布的影响显著;各层ESWLs沿高度分布规律受风向角、阻尼比以及等效目标的影响较弱;等效目标和阻尼比对主体结构的各层ESWLs数值大小影响明显,但对桅杆部分的影响则较弱.

组合网壳屋盖结构风振响应分析及等效静风荷载

结合惠州会议展览中心风洞试验结果,对波浪形组合网壳结构的风荷载和风振响应进行了分析,包括:24个风向角下屋盖荷载分布特性分析;结构整体和局部的自振特性分析;根据风洞试验结果对6个风向角(0°、30°、45°、90°、135°和180°)进行结构的风致动力响应分析。根据风振响应分析结果,基于响应的不同振动特点,提出将屋盖结构分为独立屋盖结构、屋盖结构两端挑棚结构和整体屋盖结构3个部分,指出对这3部分最不利的风向角分别为0°、30°、90°。最后综合考虑各个风向角下结构的响应及风振系数,给出了最终的风振系数建议值。

国家体育场多目标等效静风荷载

针对大跨结构的风振响应特点,研究多目标等效静风荷载的分析方法,并采用该方法对国家体育场等效静风荷载进行了研究。该等效静风荷载分析方法的基本过程是:根据结构风振响应特性,选择风荷载的主要本征模态和结构主导振型惯性力作为构造多目标等效静风荷载的基本向量,根据最小二乘法,得到基本向量的最优组合系数,从而得到针对多个等效目标的等效静风荷载。国家体育场的分析结果表明:在所有风向下的风振响应中,背景响应远大于共振响应,其中0°风向和270°风向对结构最为不利;在针对多等效目标的等效静风荷载作用下,所有关键位置的节点位移响应和支座反力都与实际动力响应极值吻合较好。

大跨结构等效静风荷载计算方法研究

简单比较了中外规范等效静风荷载计算方法的区别。指出对于大跨结构而言，基于准静态风荷载计算等效静风荷载将得出更为合理的结果。介绍了利用广义坐标合成法进行风振计算，并得出响应时程的基本原理；在此基础上，推导得出等效静风荷载计算公式，并给出了共振分量（即附加风振力）的准确表达式。对于附加风振力与表面风压作用方向不一致的情况，建议采用准静态荷载与附加风振力相叠加的方法给出等效静风荷载。算例分析表明，采用上述方法可以给出较为合理的等效静风荷载分布。

大跨度张弦桁架雨棚结构等效静风荷载数值模拟

基于谐波叠加法模拟生成风速时程并转化为风压时程;采用ANSYS建立结构有限元模型,施加模拟所得的风压时程,计算分析结构风致动力效应;给出风振动力放大因子定义,将其与基于特定时刻的结构瞬时风压分布相结合,进而提出等效静风荷载新内涵.运用数值模拟分析,给出了基于结构立柱基底竖向反力和桁架跨间位移的等效静风荷载.

起伏地形下复杂形体大跨网格结构风压与等效静风荷载数值模拟

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网格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软件计算不同风向角下的结构风载体型系数,发现风向角对结构风载体型系数影响较大.基于谐波叠加法模拟生成风速时程并转化为风压时程,采用ANSYS软件建立结构有限元模型,施加模拟所得的风压时程和风载体型系数,分析结构风致动力效应.定义风振动力放大因子以考虑共振响应的影响,并将其与特定时刻的瞬时风压分布相结合以形成结构的等效静风荷载.数值计算分析了基于基底竖向反力最小值的等效静风荷载及其分布.