考虑转动自由度影响的格构式塔架风致响应及风荷载识别研究

格构式塔架在基础设施中有着广泛应用,风荷载及风致响应的获取对评估格构式塔架的健康状态具有重要意义,但风荷载难以直接测量,通过加速度、应变等响应重构风荷载成为解决该问题的途径之一。经典的风荷载识别方法没有考虑转动的影响,导致识别结果不准确。该研究在监测数据已知的前提下,提出了一种考虑转动自由度影响的风荷载识别方法。首先,由应变响应重构出动态位移和模态信息;然后,使用卡尔曼滤波算法计算出速度响应和模态风荷载;最后,建立包含转动自由度影响的质量矩阵,并识别出结构所受风荷载。格构式塔架数值模拟证明,该方法重构的风荷载在时域和频域均和理论值高度符合,最高测点处均值和均方根误差不超过7%。54.5 m高的足尺塔试验进一步表明所提方法用于实际结构的重构误差一般在10%以内。

基于实测加速度的高层建筑风荷载反演

在台风"杜鹃"登陆期间,对温州市某高层建筑进行了现场实测,得到了建筑物的风场和加速度响应等数据。进而对实测结构进行了模态参数识别,得到了其固有频率、振型和阻尼比。对结构加速度响应信号进行了去噪处理,经过信号处理后的响应数据满足高斯分布,进而通过积分得到高层建筑的速度和位移响应。同时,运用等效原理建立了该高层建筑结构的5质点简化弯剪模型,使简化结构的动力特性和原结构相似。再应用简化模型反演出结构受到的脉动风荷载时程。将反演得到的脉动风荷载时程叠加上平均风荷载得到各测点风荷载时程,再作用到简化模型上运用Newmark-β法进行风致响应分析,计算得到的加速度响应与实测加速度响应较为吻合。

多因素作用下风荷载简化对高墩垂直度影响分析

高墩在施工期间受到几何初始缺陷、施工偏载以及风荷载等作用,桥墩可能产生偏位,从而对高墩的承载力带来不利影响。通过现行规范计算模拟得到梯形风荷载简化模型,在考虑几何非线性的条件下,基于弹性稳定平衡微分方程,推导出高墩墩顶的偏位计算公式。在此基础上,为便于现场施工应用,选取5个现有高墩为研究对象,在弹性稳定理论条件下对通过梯形风荷载简化模型所得公式进行简化,详细分析高墩在考虑几何非线性时多因素耦合作用对高墩垂直度的影响。结果表明:梯形风荷载简化模型计算结果与实际风荷载有限元模拟结果较为吻合,更符合实际的风荷载特点,为高墩施工中考虑风荷载影响及墩顶侧移控制提供了方法支撑和切实可行的技术手段。