台风作用下高层建筑风效应的实测及风洞试验研究
发布时间：2021-11-05 01:44
高层建筑具有高且柔的特点,在台风作用下其风敏感性增强,风荷载是其主要水平控制荷载。随着高层建筑高度的迅速增加,需要获得更多的城市高空风场、建筑外表面风压和结构加速度响应的实测数据,而目前同步进行台风作用下高层建筑顶部风场、表面风压和结构加速度响应实测的相关研究仍相对较少,且已有结构风致响应测点多布置在实测建筑顶层。同时,还需要开展测压风洞试验与现场实测的多角度对比研究,以深化对高层建筑风效应的认识。并且,采用基于实测模态结果验证后的有限元模型进行风致响应的时程分析能够更好的提高结果的计算精度。此外,电梯作为高层建筑中重要的垂直交通工具,在台风作用下其水平振动将影响乘坐人员的安全性和舒适性,但国内外对台风影响下高层建筑电梯轿厢水平振动响应的研究尚未见报道。因此,有必要针对上述高层建筑台风风效应问题进行深入的研究,可为沿海地区高层建筑的抗风设计提供参考。本文开展了台风作用下温州某168m高层建筑的现场实测,较为全面的获得了顶部风场、第25层表面风压、多层楼面及电梯轿厢水平振动加速度响应等实测数据。统计分析了“苏力”、“潭美”、“菲特”、“麦德姆”、“凤凰”、“灿鸿”和“杜鹃”等7次台风的风...
【文章来源】：湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：203 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题的研究背景和意义
1.2 国内外高层建筑抗风研究综述
1.2.1 高层建筑的现场实测研究
1.2.2 高层建筑的风洞试验研究
1.2.3 高层建筑电梯水平振动特性研究
1.3 高层建筑抗风研究存在的主要问题
1.4 本文主要工作
1.4.1 研究思路
1.4.2 本文的主要研究内容
1.4.3 论文的主要创新性工作
第2章 高层建筑实测概况及风场特性研究
2.1 引言
2.2 现场实测方案
2.2.1 实测环境分析
2.2.2 实测仪器设备和测点布置
2.3 多次台风的风场特性分析
2.3.1 台风概况
2.3.2 数据采集
2.3.3 平均风速和平均风向
2.3.4 湍流强度
2.3.5 阵风因子
2.3.6 湍流积分尺度
2.3.7 脉动风速谱
2.4 本章小结
第3章 高层建筑表面风压实测研究
3.1 引言
3.2 台风“菲特”影响下风压实测
3.2.1 平均风速和平均风向
3.2.2 风压样本及对应的风场特性
3.2.3 数据处理
3.3 实测平均风压特性分析
3.3.1 时变平均风压系数时程
3.3.2 测点的风压系数统计
3.3.3 测点的局部体型系数
3.4 实测脉动风压特性分析
3.4.1 脉动风压谱和脉动风速谱分析
3.4.2 迎风面气动导纳函数
3.4.3 相干性分析
3.5 实测风压的概率分布特性分析
3.5.1 概率分布图
3.5.2 偏度和峰度
3.5.3 实测风压的峰值因子估计
3.6 本章小结
第4章 高层建筑风致响应实测研究
4.1 引言
4.2 加速度响应的实测概况
4.2.1 数据采集
4.2.2 10min加速度响应样本
4.2.3 平均风速和平均风向
4.3 顺风向和横风向加速度响应分析
4.3.1 加速度响应的分解
4.3.2 加速度响应随测点高度的变化关系
4.3.3 加速度均方根与平均风速的关系
4.3.4 加速度峰值与平均风速的关系
4.3.5 加速度均方根与平均风向的关系
4.4 实测加速度响应的概率分布特性分析
4.4.1 总体样本的概率分布图
4.4.2 偏度和峰度系数
4.4.3 目标概率法的峰值因子估计
4.5 本章小结
第5章 高层建筑的模态分析研究
5.1 引言
5.2 环境激励下模态参数识别方法概述
5.2.1 峰值拾取法
5.2.2 RDT方法
5.2.3 NEx T-ERA方法
5.3 厦门高层建筑案例分析
5.3.1 试验楼及台风测试概况
5.3.2 实测加速度响应特性分析
5.3.3 模态参数分析
5.3.4 有限元计算结果与实测结果的对比
5.4 温州高层建筑案例分析
5.4.1 峰值拾取法
5.4.2 NEx T-ERA方法
5.4.3 有限元计算结果与实测结果的对比
5.5 本章小结
第6章 高层建筑风洞测压试验研究
6.1 引言
6.2 高层建筑风洞测压试验概况
6.2.1 试验模型
6.2.2 风场模拟
6.2.3 测点布置
6.2.4 试验方法
6.2.5 试验模型风荷载坐标系的定义
6.3 风洞测压试验数据处理及结果分析
6.3.1 数据处理
6.3.2 不同地貌下建筑表面风压分布特征
6.3.3 测压模型基底弯矩系数的分布特征
6.3.4 建筑表面风压沿着高度的分布特征
6.3.5 测点局部体型系数在平面内的分布
6.4 高层建筑极值风压的POT模型研究
6.4.1 POT模型极值分析理论
6.4.2 风压系数的概率分布特性
6.4.3 基于POT模型的极值风压系数估计
6.4.4 不同方法的对比
6.5 风洞试验与实测结果对比
6.5.1 平均和脉动风压系数的对比
6.5.2 体型系数的对比
6.5.3 脉动风压谱的对比
6.5.4 气动导纳函数的对比
6.5.5 提取特定频率范围内的频谱对比
6.6 基于风洞试验数据的风致响应计算
6.6.1 时域分析法
6.6.2 风压时程的计算参数确定
6.6.3 风致响应的计算
6.6.4 计算结果与实测结果的对比
6.7 本章小结
第7章 高层建筑电梯轿厢-导轨系统水平振动响应研究
7.1 引言
7.2 电梯水平风致振动响应实测研究
7.2.1 实测概况
7.2.2 电梯和楼板加速度响应的时域分析
7.2.3 电梯和楼板加速度响应的频域分析
7.2.4 电梯水平风振力计算
7.3 电梯轿厢水平振动模型
7.4 导轨系统水平振动模型
7.4.1 导轨弹性变形能
7.4.2 导轨惯性力势能
7.4.3 导轨与结构间的弹性变形能
7.4.4 导轨水平振动总势能
7.5 电梯轿厢与导轨间的接触关系
7.6 电梯轿厢与导轨间的弹性变形能
7.7 EGR系统水平振动方程的建立与求解
7.8 EGR系统水平振动模型的可靠性验证
7.9 台风作用下EGR系统水平振动响应分析
7.9.1 轿厢运行速度的影响
7.9.2 导轨类型的影响分析
7.9.3 导轨支架刚度的影响分析
7.10 本章小结
结论与展望
参考文献
致谢
附录A（攻读学位期间所发表的学术论文目录）
附录B（攻读博士学位期间所参与的科研项目）
【参考文献】：
期刊论文
[1]改进贝叶斯谱密度法及其在超高层结构振动模态参数识别中的应用[J]. 潘浩然,谢壮宁. 建筑结构学报. 2016(12)
[2]高层建筑风洞试验阻塞效应修正的尾流面积法[J]. 黄剑,顾明. 同济大学学报(自然科学版). 2016(07)
[3]基于NExT-ERA与SSI-DATA环境激励下的低频振荡辨识方法比较[J]. 高洁,李群湛,汪佳,王燕,周阳. 电力自动化设备. 2016(01)
[4]台风作用下某高层建筑电梯的水平振动响应分析[J]. 潘月月,李正农,张传雄,史文海. 振动与冲击. 2015(19)
[5]某高层建筑实测风场和风压的相关性研究[J]. 李正农,李红益,罗叠峰,潘月月. 实验流体力学. 2015(04)
[6]矩形高层建筑平均风压的风洞阻塞效应试验研究[J]. 黄剑,顾明. 空气动力学学报. 2015(03)
[7]开洞高层建筑风荷载的试验研究[J]. 李永贵,李秋胜,戴益民. 振动与冲击. 2015(11)
[8]良态风作用下超高层建筑风压特性现场实测与风洞试验对比研究[J]. 梁枢果,彭晓辉,王磊,汤怀强,温四清. 土木工程学报. 2015(05)
[9]海边三栋相邻高层建筑顶部台风风场实测分析[J]. 罗叠峰,李正农,回忆. 建筑结构学报. 2014(12)
[10]高层建筑实测风场环境的非平稳性分析研究[J]. 吴本刚,吴玖荣,傅继阳. 空气动力学学报. 2014(03)
博士论文
[1]L型截面高层建筑风荷载特性及其优化设计研究[D]. 李毅.湖南大学 2015
[2]高速电梯提升系统动力学建模及振动控制方法研究[D]. 包继虎.上海交通大学 2014
[3]沿海地区高层建筑抗风现场实测研究[D]. 罗叠峰.湖南大学 2015
[4]低矮房屋与高层建筑的风场和风荷载特性实测研究[D]. 史文海.湖南大学 2013
[5]基于现代信号处理的结构模态参数识别与损伤识别研究[D]. 孙兆伟.北京邮电大学 2012
[6]基于环境激励的大型土木工程结构模态参数识别研究[D]. 叶锡均.华南理工大学 2012
[7]复杂超高层及大跨度屋盖建筑结构风效应的数值风洞研究[D]. 卢春玲.湖南大学 2012
[8]城市中心边界层风特性及超高层建筑动力响应研究[D]. 郅伦海.湖南大学 2011
[9]强风作用下高层建筑风场实测及模态参数识别研究[D]. 申建红.上海大学 2010
硕士论文
[1]高层建筑顶部风场的分析[D]. 耿燕.湖南大学 2016
[2]高层强风现场实测若干基本问题的研究[D]. 李红益.湖南大学 2015
[3]基于现场实测的高层建筑有限元模型修正研究[D]. 陈奋.湖南大学 2015
[4]基于音圈电机的电梯水平振动主动控制的研究[D]. 宋春涛.上海交通大学 2014
[5]大型圆筒型煤气柜风致响应实测研究[D]. 李星.湖南大学 2014
[6]高层高速电梯振动特性研究与实验[D]. 曹智超.中南大学 2012
[7]高层建筑风致振动的风洞试验与原型实测研究[D]. 郑庆星.广州大学 2011
[8]高层建筑结构风荷载数值模拟研究[D]. 曲文超.天津大学 2010
[9]高层建筑结构风振时程分析方法研究[D]. 毛贵牛.华南理工大学 2010
[10]电梯变刚度非线性振动分析[D]. 李海花.广西大学 2008
本文编号：3476820
【文章来源】：湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：203 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题的研究背景和意义
1.2 国内外高层建筑抗风研究综述
1.2.1 高层建筑的现场实测研究
1.2.2 高层建筑的风洞试验研究
1.2.3 高层建筑电梯水平振动特性研究
1.3 高层建筑抗风研究存在的主要问题
1.4 本文主要工作
1.4.1 研究思路
1.4.2 本文的主要研究内容
1.4.3 论文的主要创新性工作
第2章 高层建筑实测概况及风场特性研究
2.1 引言
2.2 现场实测方案
2.2.1 实测环境分析
2.2.2 实测仪器设备和测点布置
2.3 多次台风的风场特性分析
2.3.1 台风概况
2.3.2 数据采集
2.3.3 平均风速和平均风向
2.3.4 湍流强度
2.3.5 阵风因子
2.3.6 湍流积分尺度
2.3.7 脉动风速谱
2.4 本章小结
第3章 高层建筑表面风压实测研究
3.1 引言
3.2 台风“菲特”影响下风压实测
3.2.1 平均风速和平均风向
3.2.2 风压样本及对应的风场特性
3.2.3 数据处理
3.3 实测平均风压特性分析
3.3.1 时变平均风压系数时程
3.3.2 测点的风压系数统计
3.3.3 测点的局部体型系数
3.4 实测脉动风压特性分析
3.4.1 脉动风压谱和脉动风速谱分析
3.4.2 迎风面气动导纳函数
3.4.3 相干性分析
3.5 实测风压的概率分布特性分析
3.5.1 概率分布图
3.5.2 偏度和峰度
3.5.3 实测风压的峰值因子估计
3.6 本章小结
第4章 高层建筑风致响应实测研究
4.1 引言
4.2 加速度响应的实测概况
4.2.1 数据采集
4.2.2 10min加速度响应样本
4.2.3 平均风速和平均风向
4.3 顺风向和横风向加速度响应分析
4.3.1 加速度响应的分解
4.3.2 加速度响应随测点高度的变化关系
4.3.3 加速度均方根与平均风速的关系
4.3.4 加速度峰值与平均风速的关系
4.3.5 加速度均方根与平均风向的关系
4.4 实测加速度响应的概率分布特性分析
4.4.1 总体样本的概率分布图
4.4.2 偏度和峰度系数
4.4.3 目标概率法的峰值因子估计
4.5 本章小结
第5章 高层建筑的模态分析研究
5.1 引言
5.2 环境激励下模态参数识别方法概述
5.2.1 峰值拾取法
5.2.2 RDT方法
5.2.3 NEx T-ERA方法
5.3 厦门高层建筑案例分析
5.3.1 试验楼及台风测试概况
5.3.2 实测加速度响应特性分析
5.3.3 模态参数分析
5.3.4 有限元计算结果与实测结果的对比
5.4 温州高层建筑案例分析
5.4.1 峰值拾取法
5.4.2 NEx T-ERA方法
5.4.3 有限元计算结果与实测结果的对比
5.5 本章小结
第6章 高层建筑风洞测压试验研究
6.1 引言
6.2 高层建筑风洞测压试验概况
6.2.1 试验模型
6.2.2 风场模拟
6.2.3 测点布置
6.2.4 试验方法
6.2.5 试验模型风荷载坐标系的定义
6.3 风洞测压试验数据处理及结果分析
6.3.1 数据处理
6.3.2 不同地貌下建筑表面风压分布特征
6.3.3 测压模型基底弯矩系数的分布特征
6.3.4 建筑表面风压沿着高度的分布特征
6.3.5 测点局部体型系数在平面内的分布
6.4 高层建筑极值风压的POT模型研究
6.4.1 POT模型极值分析理论
6.4.2 风压系数的概率分布特性
6.4.3 基于POT模型的极值风压系数估计
6.4.4 不同方法的对比
6.5 风洞试验与实测结果对比
6.5.1 平均和脉动风压系数的对比
6.5.2 体型系数的对比
6.5.3 脉动风压谱的对比
6.5.4 气动导纳函数的对比
6.5.5 提取特定频率范围内的频谱对比
6.6 基于风洞试验数据的风致响应计算
6.6.1 时域分析法
6.6.2 风压时程的计算参数确定
6.6.3 风致响应的计算
6.6.4 计算结果与实测结果的对比
6.7 本章小结
第7章 高层建筑电梯轿厢-导轨系统水平振动响应研究
7.1 引言
7.2 电梯水平风致振动响应实测研究
7.2.1 实测概况
7.2.2 电梯和楼板加速度响应的时域分析
7.2.3 电梯和楼板加速度响应的频域分析
7.2.4 电梯水平风振力计算
7.3 电梯轿厢水平振动模型
7.4 导轨系统水平振动模型
7.4.1 导轨弹性变形能
7.4.2 导轨惯性力势能
7.4.3 导轨与结构间的弹性变形能
7.4.4 导轨水平振动总势能
7.5 电梯轿厢与导轨间的接触关系
7.6 电梯轿厢与导轨间的弹性变形能
7.7 EGR系统水平振动方程的建立与求解
7.8 EGR系统水平振动模型的可靠性验证
7.9 台风作用下EGR系统水平振动响应分析
7.9.1 轿厢运行速度的影响
7.9.2 导轨类型的影响分析
7.9.3 导轨支架刚度的影响分析
7.10 本章小结
结论与展望
参考文献
致谢
附录A（攻读学位期间所发表的学术论文目录）
附录B（攻读博士学位期间所参与的科研项目）
【参考文献】：
期刊论文
[1]改进贝叶斯谱密度法及其在超高层结构振动模态参数识别中的应用[J]. 潘浩然,谢壮宁. 建筑结构学报. 2016(12)
[2]高层建筑风洞试验阻塞效应修正的尾流面积法[J]. 黄剑,顾明. 同济大学学报(自然科学版). 2016(07)
[3]基于NExT-ERA与SSI-DATA环境激励下的低频振荡辨识方法比较[J]. 高洁,李群湛,汪佳,王燕,周阳. 电力自动化设备. 2016(01)
[4]台风作用下某高层建筑电梯的水平振动响应分析[J]. 潘月月,李正农,张传雄,史文海. 振动与冲击. 2015(19)
[5]某高层建筑实测风场和风压的相关性研究[J]. 李正农,李红益,罗叠峰,潘月月. 实验流体力学. 2015(04)
[6]矩形高层建筑平均风压的风洞阻塞效应试验研究[J]. 黄剑,顾明. 空气动力学学报. 2015(03)
[7]开洞高层建筑风荷载的试验研究[J]. 李永贵,李秋胜,戴益民. 振动与冲击. 2015(11)
[8]良态风作用下超高层建筑风压特性现场实测与风洞试验对比研究[J]. 梁枢果,彭晓辉,王磊,汤怀强,温四清. 土木工程学报. 2015(05)
[9]海边三栋相邻高层建筑顶部台风风场实测分析[J]. 罗叠峰,李正农,回忆. 建筑结构学报. 2014(12)
[10]高层建筑实测风场环境的非平稳性分析研究[J]. 吴本刚,吴玖荣,傅继阳. 空气动力学学报. 2014(03)
博士论文
[1]L型截面高层建筑风荷载特性及其优化设计研究[D]. 李毅.湖南大学 2015
[2]高速电梯提升系统动力学建模及振动控制方法研究[D]. 包继虎.上海交通大学 2014
[3]沿海地区高层建筑抗风现场实测研究[D]. 罗叠峰.湖南大学 2015
[4]低矮房屋与高层建筑的风场和风荷载特性实测研究[D]. 史文海.湖南大学 2013
[5]基于现代信号处理的结构模态参数识别与损伤识别研究[D]. 孙兆伟.北京邮电大学 2012
[6]基于环境激励的大型土木工程结构模态参数识别研究[D]. 叶锡均.华南理工大学 2012
[7]复杂超高层及大跨度屋盖建筑结构风效应的数值风洞研究[D]. 卢春玲.湖南大学 2012
[8]城市中心边界层风特性及超高层建筑动力响应研究[D]. 郅伦海.湖南大学 2011
[9]强风作用下高层建筑风场实测及模态参数识别研究[D]. 申建红.上海大学 2010
硕士论文
[1]高层建筑顶部风场的分析[D]. 耿燕.湖南大学 2016
[2]高层强风现场实测若干基本问题的研究[D]. 李红益.湖南大学 2015
[3]基于现场实测的高层建筑有限元模型修正研究[D]. 陈奋.湖南大学 2015
[4]基于音圈电机的电梯水平振动主动控制的研究[D]. 宋春涛.上海交通大学 2014
[5]大型圆筒型煤气柜风致响应实测研究[D]. 李星.湖南大学 2014
[6]高层高速电梯振动特性研究与实验[D]. 曹智超.中南大学 2012
[7]高层建筑风致振动的风洞试验与原型实测研究[D]. 郑庆星.广州大学 2011
[8]高层建筑结构风荷载数值模拟研究[D]. 曲文超.天津大学 2010
[9]高层建筑结构风振时程分析方法研究[D]. 毛贵牛.华南理工大学 2010
[10]电梯变刚度非线性振动分析[D]. 李海花.广西大学 2008
本文编号：3476820
本文链接：https://www.wllwen.com/jingjilunwen/jianzhujingjilunwen/3476820.html
