基于HFFB技术的超高层建筑非平稳风致响应边界评估

发布时间：2020-10-27 07:20

　　 传统的超高层建筑结构风致响应分析将风荷载视为平稳随机过程,即对于某一风向角,建筑物高度处的参考风速假定为常数,在此基础上结合风洞试验数据,用来估计在此风向角下的结构风响应峰值。然而,在台风经过时,建筑物附近的实际风速随时间而变化。在实际运营中,由气象部门提前预测台风风速时变分布的上下边界值,通过边界分析理论,结合高频底座测力天平(High-frequency Force Balance,HFFB)风洞试验数据,能够预测每个时刻结构响应的边界值,对超高层建筑在台风过程中的响应边界进行估计,这有助于人们采取必要的措施,如启动振动控制设备或实施疏散计划,以应对台风灾害,对结构工程的防灾减灾具有重要的价值。本文对超高层建筑在非平稳风荷载作用下的结构风致响应边界评估方法展开研究,主要研究工作如下:(1)提出了一种超高层建筑在非平稳风荷载作用下的结构风致响应边界评估方法:将传统Duhamel积分方法与凸模型理论相结合,推导出一种Duhamel-凸模型理论来评估结构风致响应边界。采用Duhamel-凸模型理论结合HFFB风洞试验数据得到非平稳风荷载作用下超高层建筑的边界响应。最后将传统Duhamel积分方法计算的结果和本章理论得到的结果相对比,显示了该理论的有效性和在实际工程运用的可行性。(2)将传统的Newmark-β法与区间理论相结合,推导出了Newmark-区间理论,用来评估超高层建筑在非平稳风荷载作用下的风致响应。考虑不同时刻风荷载之间的相关性,并用自相关系数函数来表示,通过Cholesky分解,消除不同时刻风荷载之间的相关性,然后再结合HFFB风洞试验对超高层建筑在非平稳风荷载作用下的风致响应进行区间评估,以广州西塔(GZWT)为案例,评估广州西塔在非平稳风荷载作用下的风致边界响应,然后将传统Newmark-β方法的计算结果和本章结果相对比,证明了该理论在实际工程运用的可行性和有效性。(3)基于区间理论的一种Monte Carlo边界分析方法:根据区间过程的模拟方法,生成若干条样本函数,这些样本函数不仅满足区间边界条件,同时也满足自相关系数函数的要求。每条样本函数作为外激励,运用Newmark-β法或中心差分法等进行结构动力学分析得到系统响应的时程曲线,统计每一时刻所有响应值的最大值和最小值,为该时刻响应的上下边界值,最后绘制响应随时间变化的上下边界函数曲线,这种方法不仅适用于线性系统还适用于非线性系统及复杂连续的结构。考虑风荷载的非平稳“时变”特性,在台风来临之前,预测风速的大概上下边界值,结合HFFB风洞试验数据,运用Monte Carlo边界分析方法来评估超高层建筑在非平稳风荷载作用下的风致响应,可为结构工程抗风减灾提供重要的参考价值。
【学位单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TU973.213
【部分图文】：

超高层建筑

图 1-2 台风对建筑物的破坏图2 凸模型理论及区间理论的研究现状2.1 凸模型理论的研究现状本文将凸模型理论和区间理论结合传统确定性动力学求解结构响应的方法，wmark-β 法[7]，Wilson-θ[8]，Duhamel 积分法[9]等，推导出边界分析理论，将边界分论与 HFFB 风洞试验相结合，提出了一种能够预测超高层建筑在非平稳风荷载作用结构响应动态边界的新方法。近几十年，国内外学者对凸模型理论及区间理论做了大量的研究，并取得了很大展[10-11]。20 世纪 60 年代，由于数学经济、数学规划、数值逼近以及最优控制等多的需要，数学出现了一个新的分支—凸分析[12-14]。它的基本内容相对于其他的数学通俗易懂，且应用十分广泛，因此，有关凸分析的书籍、著作以及应用文献不断的

图 2-1 华南理工大学风洞实验室-2 所示，为华南理工大学风洞实验室的效果图，验室的洞体组成、收缩段、试验段、稳定段等。风洞试验室的段长为 24 m，模型.4 m、高为 3 m，为了可以容纳更多的和大比例的试验模型，风直了径为 4 m 的转盘。交流电机的功率为 250 kW，为动力系统验室的风速范围为 0～30 m/s，连续可调，能够对各种风环境进
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本文编号：2858241