高层建筑平扭脉动风荷载模拟及表面风场重构研究
发布时间：2021-06-10 18:38
随着社会经济的发展和科学技术的进步,高层建筑向着高度越来越大、刚度越来越柔的趋势发展,对风荷载的作用显得特别敏感。在强风作用下,建筑振动过大导致的居住不适和建筑外围护损坏造成的财产损失事件时有发生。因此,高层建筑抗风设计不仅关注结构自身的安全性,对正常使用条件下居住安全性研究也显得非常必要。随着大量高层建筑安装非线性阻尼设备,需在时域内研究结构平扭风振响应,由此对作用在建筑物上动力风荷载的确定提出了新的挑战。本文研究大致可分为两个部分:高层建筑平扭脉动风荷载模拟和高层建筑表面风压场重构研究。主要内容包括以下几个方面:1、顺风向脉动风激励数值模拟与结构响应研究。对于符合拟定常假设的高层建筑,假定风荷载时间序列符合高斯分布是合理的。根据Davenport、Kaimal、Von Kármán提出的风速谱和Davenport提出的空间相干函数,采用谐波合成法分别模拟出沿楼层高度分布的顺风向脉动风速时程。对典型矩形高层建筑进行风振时程分析,结果表明:von Kármán谱模拟计算加速度根方差（RMS）值与我国荷载规范、美国圣母大学空气动力数据库（UND）加速度根方差（RMS）值基本一致,Dave...
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：143 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
我国已建成高层建筑
c. 台风麦莎折断的高压输电塔 d. 飓风卡特里娜摧毁石油钻井平台图 1. 2 风灾中损毁的土木结构1.2.2 风致建筑结构振动风致结构振动在很大程度上依赖于建筑几何外形、结构刚度、阻尼比和质量等因素。不同的几何外形将引起不同的气流绕流模式，所得到风的动力荷载也是不同的，如超高层建筑上海中心大厦项目改变几何外观后，通过风洞实验研究，采取旋转、不对称的外部立面较方形截面减少了约60%表面风荷载。当来流脉动风速卓越频率与结构的固有频率接近时，将会产生较大的风致振动响应。除结构本身特性之外，结构的风致振动还与来流脉动风的特性有关。当来流风的紊流尺度越大、紊流度越高，结构的随机风振响应就越大；另外，当上游结构或其它障碍物对来流有一定的干扰时，结构绕流后的旋涡脱落可能会在其下游产生高紊流度、具有显著横风向流动的尾流，该现象称之为气动不稳定性；当下游结构处在气动不稳定区域内时，下游的来流风速产生显著的脉动现象，使结
第 1 章 绪论耦合的现象即称为气弹效应。当气动阻尼为负值时，在振动方向上产生附加动力影响逐渐变大，当出现激振模式或耦联现象时，容易导致结构气动失稳气弹失稳现象，此时发生风损或风毁事故几率则更高。根据气弹振动的机理[1将结构的风致振动分为强迫振动和自激振动两大类，而湍流抖振属于随机振动的范畴，由于湍流的三维特性，引起的结构抖振响应具有三维特性，即向、横风向及扭转风向抖振，通常用随机振动的理论进行研究。1926年美国密Meyer-Kiser大楼（图1.2a）在强风作用下发生结构扭转振动，导致结构的的钢框架发生塑性变形而损毁严重[2]的事故，之后相继有学者开展了高层建扭转振动问题[3，4]。2018年9月台风“山竹”过境香港时，香港日出康城大楼风作用下晃动严重。因此，系统研究高层建筑风致振动所造成的结构安全性住舒适性意义重大。
【参考文献】：
期刊论文
[1]大跨度金属屋面风荷载特性和抗风承载力研究进展[J]. 宣颖,谢壮宁. 建筑结构学报. 2019(03)
[2]矩形截面高层建筑横向风激励时程模拟[J]. 孙业华,宋固全,廖伟盛,胡淑军. 应用力学学报. 2018(06)
[3]动网格模拟风振对超大瘦高型冷却塔风荷载的影响[J]. 叶辉,熊红兵,陆灏,雷本宏,黄志龙. 应用力学学报. 2016(06)
[4]高层建筑间风致扭转干扰效应的试验研究[J]. 余先锋,谢壮宁,于怀懿. 建筑结构学报. 2015(11)
[5]矩形截面高层建筑扭转向脉动风荷载数学模型[J]. 李永贵,李秋胜,戴益民. 工程力学. 2015(06)
[6]基于CFD/CSD分区耦合的气动弹性数值模拟[J]. 孟令兵,昂海松. 应用力学学报. 2014(06)
[7]脉动风速过程模拟的正交展开-随机函数方法[J]. 刘章军,万勇,曾波. 振动与冲击. 2014(08)
[8]Kriging-POD法在预测大跨屋盖风荷载中的应用研究[J]. 陈伏彬,李秋胜. 工程力学. 2014(01)
[9]低矮房屋屋面脉动风压的预测[J]. 王莺歌,李正农,吴红华,张灵辉. 振动与冲击. 2013(05)
[10]独立矩形截面超高层建筑的顺风向气动阻尼风洞试验研究[J]. 曹会兰,全涌,顾明,吴迪. 振动与冲击. 2012(05)
博士论文
[1]高层建筑风荷载与风致弯扭耦合响应研究[D]. 李永贵.湖南大学 2012
[2]高层建筑弯扭耦合风致振动及静力等效风荷载研究[D]. 唐意.同济大学 2006
硕士论文
[1]基于湍流脉动压力的高层建筑横风向风振时程分析[D]. 潘东民.哈尔滨工业大学 2016
[2]风场分形特性及缺失数据插补研究[D]. 秦付倩.湖南大学 2012
[3]应用谱本征变换模拟风速时程[D]. 周杨.汕头大学 2008
本文编号：3222913
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：143 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
我国已建成高层建筑
c. 台风麦莎折断的高压输电塔 d. 飓风卡特里娜摧毁石油钻井平台图 1. 2 风灾中损毁的土木结构1.2.2 风致建筑结构振动风致结构振动在很大程度上依赖于建筑几何外形、结构刚度、阻尼比和质量等因素。不同的几何外形将引起不同的气流绕流模式，所得到风的动力荷载也是不同的，如超高层建筑上海中心大厦项目改变几何外观后，通过风洞实验研究，采取旋转、不对称的外部立面较方形截面减少了约60%表面风荷载。当来流脉动风速卓越频率与结构的固有频率接近时，将会产生较大的风致振动响应。除结构本身特性之外，结构的风致振动还与来流脉动风的特性有关。当来流风的紊流尺度越大、紊流度越高，结构的随机风振响应就越大；另外，当上游结构或其它障碍物对来流有一定的干扰时，结构绕流后的旋涡脱落可能会在其下游产生高紊流度、具有显著横风向流动的尾流，该现象称之为气动不稳定性；当下游结构处在气动不稳定区域内时，下游的来流风速产生显著的脉动现象，使结
第 1 章 绪论耦合的现象即称为气弹效应。当气动阻尼为负值时，在振动方向上产生附加动力影响逐渐变大，当出现激振模式或耦联现象时，容易导致结构气动失稳气弹失稳现象，此时发生风损或风毁事故几率则更高。根据气弹振动的机理[1将结构的风致振动分为强迫振动和自激振动两大类，而湍流抖振属于随机振动的范畴，由于湍流的三维特性，引起的结构抖振响应具有三维特性，即向、横风向及扭转风向抖振，通常用随机振动的理论进行研究。1926年美国密Meyer-Kiser大楼（图1.2a）在强风作用下发生结构扭转振动，导致结构的的钢框架发生塑性变形而损毁严重[2]的事故，之后相继有学者开展了高层建扭转振动问题[3，4]。2018年9月台风“山竹”过境香港时，香港日出康城大楼风作用下晃动严重。因此，系统研究高层建筑风致振动所造成的结构安全性住舒适性意义重大。
【参考文献】：
期刊论文
[1]大跨度金属屋面风荷载特性和抗风承载力研究进展[J]. 宣颖,谢壮宁. 建筑结构学报. 2019(03)
[2]矩形截面高层建筑横向风激励时程模拟[J]. 孙业华,宋固全,廖伟盛,胡淑军. 应用力学学报. 2018(06)
[3]动网格模拟风振对超大瘦高型冷却塔风荷载的影响[J]. 叶辉,熊红兵,陆灏,雷本宏,黄志龙. 应用力学学报. 2016(06)
[4]高层建筑间风致扭转干扰效应的试验研究[J]. 余先锋,谢壮宁,于怀懿. 建筑结构学报. 2015(11)
[5]矩形截面高层建筑扭转向脉动风荷载数学模型[J]. 李永贵,李秋胜,戴益民. 工程力学. 2015(06)
[6]基于CFD/CSD分区耦合的气动弹性数值模拟[J]. 孟令兵,昂海松. 应用力学学报. 2014(06)
[7]脉动风速过程模拟的正交展开-随机函数方法[J]. 刘章军,万勇,曾波. 振动与冲击. 2014(08)
[8]Kriging-POD法在预测大跨屋盖风荷载中的应用研究[J]. 陈伏彬,李秋胜. 工程力学. 2014(01)
[9]低矮房屋屋面脉动风压的预测[J]. 王莺歌,李正农,吴红华,张灵辉. 振动与冲击. 2013(05)
[10]独立矩形截面超高层建筑的顺风向气动阻尼风洞试验研究[J]. 曹会兰,全涌,顾明,吴迪. 振动与冲击. 2012(05)
博士论文
[1]高层建筑风荷载与风致弯扭耦合响应研究[D]. 李永贵.湖南大学 2012
[2]高层建筑弯扭耦合风致振动及静力等效风荷载研究[D]. 唐意.同济大学 2006
硕士论文
[1]基于湍流脉动压力的高层建筑横风向风振时程分析[D]. 潘东民.哈尔滨工业大学 2016
[2]风场分形特性及缺失数据插补研究[D]. 秦付倩.湖南大学 2012
[3]应用谱本征变换模拟风速时程[D]. 周杨.汕头大学 2008
本文编号：3222913
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