基于实测风压谱的高层建筑结构顺风向风致振动分析

论文摘要

随着现代材料技术和施工技术的发展,土木工程结构向着高、轻、柔的方向发展,风荷载已经成为影响结构安全性、舒适性和经济性的最重要因素,现有规范在计算超高层建筑风致振动响应的准确性值得商榷,迫切需要更加精确的方法来计算结构风致振动响应,在计算顺风向风致动力响应分析时,建筑物面上脉动风压谱与来流的顺风向风速谱之间存在准定常的关系。本文主要研究工作是对比实测的风速谱和风压谱,验证经常采用的建筑物表面上脉动风压与脉动风速之间的准定常假设,并基于实测风压谱推导出顺风向风致振动响应的表达式。本文主要进行了以下工作:(1)迎风面风压实测试验在一栋四层的建筑物进行,考虑东西两面建筑的干扰和楼顶扰流的影响,在该建筑物北面的相对高度0.85、0.8、0.67处分别布置5个风压传感器。利用已经安装好风速仪,分别进行风速和风压实测试验。对于实测的风速和风压数据,数据处理后分别得到脉动风速谱和脉动风压谱,实测风压谱与实测风压谱、Davenport谱、Kaimal谱、Von karman谱进行对比,发现在低频段实测风压谱略小于实测风速谱,形状很接近,基本符合准定常假设;在高频段实测风压谱大于实测风速谱,不满足准定常假设。由于实测风压谱在低频段形状和Von karman谱很接近,所以基于Von karman谱进行风压谱拟合。(2)根据得到风压谱表达式推导出顺风向风致振动的表达式,与Davenport谱推导出的表达式进行对比,发现Davenport谱推导出的表达式的值偏小。探讨高层建筑顺风向风致振动响应等效风荷载的分析方法,对比GBJ、GLF、LRC方法,发现背景响应等效风荷载用LRC法求得,共振响应等效风荷载用GBJ法求得。然后背景分量与共振分量的组合法与GLF法、GBJ法对比,背景分量与共振分量的组合法中直接对背景响应和共振响应的等效风荷载采用平方和再开方(SRSS)法得到脉动风对应的等效风荷载,对比后发现,背景分量与共振分量的组合法更好,融合GBJ法和GLF法的优点。考虑到背景等效风荷载受到响应类型的影响,基于拟平均法对背景等效风荷载进行简化,消除响应类型的影响,简化后表达式略大于精确解。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的意义
• 1.2 国内外研究现状及分析
• 1.2.1 作用在高层建筑上的风荷载及风致响应
• 1.2.2 国内外规范概述
• 1.3 课题来源及本文主要内容
• 1.3.1 课题来源
• 1.3.2 本文主要研究内容
• 第2章 低矮房屋风压实测试验与基于实测数据的风压谱拟合
• 2.1 引言
• 2.2 风压传感器的布置方案
• 2.3 风压和风速实测试验的仪器设备
• 2.3.1 风压传感器
• 2.3.2 超声风速仪
• 2.3.3 螺旋桨风速仪
• 2.3.4 NI数据采集仪
• 2.4 迎风面风压和风速的测量试验
• 2.4.1 风压传感器的标定
• 2.4.2 风压传感器的安装
• 2.4.3 风速和风压的实测
• 2.5 数据预处理
• 2.5.1 数据预处理方法
• 2.5.2 实测数据预处理
• 2.6 脉动风压谱与脉动风速谱对比
• 2.6.1 Kolmogrove理论
• 2.6.2 几种常用的脉动风速谱
• 2.6.3 实测脉动风压谱与实测脉动风速谱对比
• 2.7 基于实测数据的脉动风压谱拟合
• 2.8 本章小结
• 第3章 基于实测风压谱的顺风向风致振动响应分析和等效风荷载的方法比较
• 3.1 引言
• 3.2 基于实测风压谱的顺风向风致振动分析
• 3.3 背景响应与共振响应以及它们的等效风荷载
• 3.3.1 基本假定
• 3.3.2 平均风荷载和响应
• 3.3.3 背景响应及其等效风荷载
• 3.3.4 共振响应及其等效风荷载
• 3.3.5 阵风荷载因子（GLF）法推导出的背景响应与共振响应等效风荷载
• 3.3.6 惯性风荷载（GBJ）法推导出的背景响应等效风荷载
• 3.4 背景分量与共振分量组合法与 GLF 法、GBJ 法进行对比
• 3.5 基于拟平均风法对背景响应等效风荷载进行简化
• 3.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢