大跨屋盖结构抗风类型划分方法及应用

根据风振响应中平均响应、背景响应和共振响应之间的关系,初步提出划分结构抗风类型的思想,将大跨屋盖结构分为4类抗风类型,并给出具体的划分方案,以简化风振响应和等效静风荷载的分析过程．在此基础上,以拱作为研究对象,在工程常用的参数范围内,通过风洞试验,确定屋面风荷栽,对矢跨比分别为1／8和1／4的大跨拱结构的抗风类型进行系统的参数分析,研究风荷载基本参数和结构参数（矢跨比、跨度、结构截面刚度和屋面质量）对拱结构抗风类型的影响．分析结果表明：基频小于4Hz的绝大多数拱结构,脉动风响应明显大于平均风响应,脉动风响应不可忽略,属于背景响应可以忽略、共振响应占主导地位的结构抗风类型．     

基于量子粒子群算法的门式刚架结构抗风优化

为弥补目前结构抗风优化仅针对高层建筑的不足,采用量子粒子群算法对一大跨屋盖结构进行了抗风优化.基于风洞试验数据库获得等效静力风荷载,并根据型钢表组成离散变量搜索空间.通过约束违反协调系数,构造了一种新的适应值模型,进一步建立了粒子越界处理方法,以保证优化的可行性和收敛性.通过10次运行计算以确定门式刚架的最优设计,并在全风向角下对优化结果进行校核.研究结果表明,目标函数随迭代单调递减收敛,总质量标准差仅为其平均值的4%,平均迭代24次,说明量子粒子群算法用于门式刚架抗风优化具有较好的健壮性和计算效率.      

大跨度斜拉桥刚度对结构抗风性能的影响研究

为了研究大跨度斜拉桥刚度对结构抗风性能的影响,以泸州市长江六桥(邻玉)为工程背景,基于车-桥耦合振动分析方法,开展研究并分析得到风-车-桥耦合体系中梁、索、塔等构件刚度对结构抗风性能的影响。研究表明:桥梁的横向风振响应与主梁的横向刚度和桥塔横向刚度密切相关,与拉索刚度基本上无关;桥梁的竖向风振响应与主梁的竖向刚度和拉索刚度密切相关,其中,拉索刚度的影响更为显著。     

铝合金型材与空腔声场耦合振动声学优化设计

建立了铝合金型材与声场耦合振动的有限元模性,计算了耦合系统的声压响应;以声场和铝合金型材的结构尺寸参数为设计变量,以铝合金型材重量为约束,以声场内响应声压最小为目标,建立了优化数学模型,用零次优化算法对其进行了优化设计研究.优化设计使声场内最大声压降低了1200Pa,而且结构重量也得到了降低.结果表明,优化设计可有效降低声场内的声压,而且零次优化设计方法不用求解声压对设计变量的灵敏度,减小了计算量.     

基于稳定等效的覆雪屋盖静力风荷载计算方法

为了避免屋盖结构在暴风雪中发生动力失稳,建立了基于稳定等效的静力风荷载计算方法.采用计算流体动力学方法模拟了屋面积雪漂移现象;根据Budiansky-Roth准则判定了覆雪屋盖的动力稳定性;借鉴阵风荷载因子法构建了基于稳定等效的静力风荷载计算方法;最后,对实际双层柱面网壳进行了动力稳定性设计.研究结果表明,强风下覆雪屋盖出现较为明显的失稳阶段,当风速为设计基准风速的1.0倍时,屋盖发生动力失稳,静力失稳计算可得临界风速为35.8 m/s,该结果可作为该屋盖设计的动力失稳临界风速.      

多工况载荷下机车排障器拓扑和尺寸优化设计

为优化某内燃机车排障器的结构性能和轻量化设计,对其进行多工况载荷下的拓扑和尺寸优化设计.运用OptiStruct软件对排障器进行基于变密度法的结构拓扑优化设计,确定排障器加强肋板的分布.随后,在拓扑优化的基础上运用尺寸优化设计方法对其进行轻量化设计,并对优化后排障器的强度和质量进行分析比较.对比得出,优化后排障器在两工况下最大应力降幅明显,均超过20.00％,质量减轻9.29％,结构应力分布更加均匀、合理,轻量化效果明显,为某内燃机车排障器设计提供了可行方案.     

高墩连续梁桥横桥向风激振动计算研究

针对高墩连续梁桥受风响应问题，对结构进行单元离散，借助随机振动理论，从结构动学出发，导出结点横桥向随机风响应的谱密度，利用傅氏变换在频域内求随机风响应的统计值，同时求出结点平均风响应。从而提供了一种对高墩桥梁抗风计算的方法，文中以一座三跨高墩连续梁为例对其进行了施工态、成桥态受风响应计算。     

基于试验设计的空调管路结构参数优化设计

针对空调管路的振动问题,提出了一种降低管路振动响应,提升管路抗振性能,轻量化管路的优化设计方法.利用正交试验挑选出对管路振动最大位移和管路振动最大应力有显著影响的结构参数,并拟合了显著结构参数与管路振动最大位移、管路振动最大应力及管路质量的二阶响应面模型,采用非劣排序遗传算法对响应面模型进行多目标求解并筛选出最优解.优化后的管路振动最大位移、振动最大应力、质量分别下降了76.51％,86.73％,27.21％,且空调管路的模态特性得以改善,提升了空调管路的抗振性能.所提出的研究方法可为管路结构的优化设计提供参考.     

彭溪河特大斜拉桥风致颤振分析

针对风荷载对斜拉桥作用敏感的特点,结合振动型态特性,探讨了风致颤振机理及分析方法.在此基础上,以彭溪河特大斜拉桥为例,考虑结构几何非线性影响,使用大型桥梁专业软件M IDAS,建立了符合动力特点的空间模型,对成桥、施工危险状态进行了动力特性分析,据此评估了该桥的抗风性能,为大跨斜拉桥抗风设计及动力稳定分析提供参考依据。     

彭溪河特大斜拉桥风致颤振分析

针对风荷载对斜拉桥作用敏感的特点,结合振动型态特性,探讨了风致颤振机理及分析方法.在此基础上,以彭溪河特大斜拉桥为例,考虑结构几何非线性影响,使用大型桥梁专业软件M IDAS,建立了符合动力特点的空间模型,对成桥、施工危险状态进行了动力特性分析,据此评估了该桥的抗风性能,为大跨斜拉桥抗风设计及动力稳定分析提供参考依据。     

Wind pressure distribution and wind-induced dynamic response for spatial groined latticed vaults

The wind pressure distribution and wind-induced vibration responses of long-span spatial groined latticed vaults (SGLVs) were numerically simulated, which always are ones of the most important problems in the structural wind resistance design. Incompressible visco-fluid model was introduced, and the standard k-εtwo equation model and semi-implicit method for pressure linked equation (SIMPLE) were used to describe the flow turbulence. Furthermore, the structural dynamic equation was set up, which is solved by Newmark-β method. And several sort of wind-induced vibration coefficients such as the wind-induced vibration coefficient corresponding to the nodal displacement responses and wind loads were suggested. In the numerical simulation where the SGLV consisting of the cylindrical sectors with different curved surface was chosen as the example,the influence on the relative wind pressure distribution and structural wind-induced vibration responses of the closed or open SGLV caused by such parameters as the number of cylindrical sectors, structural curvature and the ratio of rise to span was investigated. Finally, some useful conclusions on the local wind pressure distribution on the structural surface and the wind-induced vibration coefficients of SGLV were developed.     

大跨度球型屋盖结构风致连续破坏过程模拟

利用计算流体动力学（CFD）软件CFX11.0,基于雷诺平均（RANS）方法的SSTk-ω湍流模型,对大跨度球型屋盖风致破坏过程进行了二维数值模拟,研究风致连续破坏过程中,屋盖开口附近风压系数的变化规律.结果表明,大跨度球型屋盖风致破坏区域受矢跨比的影响,屋盖破坏过程中破坏开口边缘处风压发生较大变化,这是屋盖风致连续破坏的主要原因.此外,结构前后入口也对破坏开口屋面内外表面风压系数分布规律有较大影响.     

Wind Vibration Study of Long-span Steel Arch Structure of Beijing Capital International Airport

IntroductionThe long-span light-weight steel arch struc-tures have been widely used in the world due to itsbeautiful shape and reasonable mechanical charac-teristics. With the development of the computa-tional theory, the steel arch span becomes longerand longer. So, the wind loads become the majoror even dominant loads applied on steel arch struc-tural system[1~3]. The distress and damage willprobably occur in the structure, because of thelong term wind-induced vibration.1 Structural Wind-in…     

大跨屋盖结构风致动力响应高阶主导模态的识别

高阶模态的贡献在大跨屋盖结构风振响应分析中不能忽略．从模态空间分布和风荷载空间分布相关性强弱与模态对结构响应贡献程度的相互关系出发,提出了通过低阶主要贡献模态间接寻找风荷载强相关高阶模态的思想．在此基础上,通过对高阶模态响应方差矩阵的简化处理得到其等效矩阵．根据等效矩阵中对角线元素构造了高阶模态的模态参与系数,实现对高阶主导模态的识别,有效考虑了高阶模态的贡献．最后,通过对2008年北京奥运会网球中心屋盖结构的风振响应分析对所提出方法的有效性进行了验证．     

重庆万豪国际会展大厦风效应试验研究

重庆万豪国际会展大厦是高度达303m的超高层钢结构，其基阶频率仅0．1234Hz，为了准确确定风荷载及其风致响应，对其进行了风致安全性及舒适性评估．采用风洞模型试验方法，对场地大气边界层进行了模拟；通过测压模型风洞试验测量风压系数的分布，并计算静风荷载；用气动弹性模型测量风致响应，包括大厦顶部的位移响应、加速度响应和角速度响应，并计算动风荷载．此外，还讨论了周边环境建筑对其风效应的影响．研究表明，周边建筑环境对大厦的静力和动力风荷载均有较大影响，在设计风速范围内不会产生驰振现象，其顶部加速度和角速度均小于限值，舒适性满足规范要求．     

基于风致响应的高层建筑等效静力荷载研究

为研究风荷载作用下高层建筑动力响应对其顺风向等效静力风荷载的影响,基于结构风致响应动力学理论、脉动风速功率谱密度函数与相干函数的维纳辛钦关系及脉动风速准定常关系,采用随机振动振型分解方法对高层建筑的风致响应进行了研究. 首先,对高层建筑的平均风响应、背景风响应和共振风响应进行了理论分析,并推导出了沿结构高度分布的高层建筑顺风向等效静力风荷载理论计算公式;其次,通过对理论公式中各参数对计算结果的影响进行分析,提出了便于实际应用的高层建筑顺风向等效静力风荷载简化计算方法;最后,设计了4个典型高层建筑算例模型,并与阵风荷载因子法（gust load factor method,GLF）和惯性风荷载法（inertial wind load method,IWL ）进行对比,研究了本文方法的可靠性和有效性. 研究结果表明:当结构高度小于250 m时,3种方法所计算出的分布风力、剪力响应和弯矩响应偏差要大一些,GLF法计算结果最大,IWL法的计算结果最小,本文方法介于二者之间;当结构高度大于350 m时,分布风力的偏差在15%以内,对于剪力响应和弯矩响应的偏差在10%以内;本文方法与IWL法在剪力响应方面的差异率在–1%～18%之间,与GLF法的差异率在–12%～5%之间;本文方法与IWL法在弯矩响应方面的差异率在–6%～10%之间,与GLF法的差异率在–16%～5%之间.      

强风作用下轻钢房屋的风致破坏机理及风灾防御

轻钢房屋凭借其质量轻、工业化程度高和施工速度快等特点而广泛应用于低矮工业建筑中,但由于其对风荷载比较敏感,在强风条件下常常发生轻钢房屋的风致损坏事故并导致巨额经济损失．本文通过对灾后的调研,分析了轻钢房屋在强风条件下的风致破坏模式,用数值模拟分析了轻钢房屋的风致破坏特点,探讨了轻钢房屋风致破坏的机理,从工程施工角度分析了轻钢房屋的风致破坏原因并提出了相应的风灾防御建议．