紊流积分尺度对桥梁抖振响应作用效应分析

第5章频域分析法习题解答

第5章频域分析法 学习要点 1 频率特性的概念，常用数学描述与图形表示方法； 2 典型环节的幅相频率特性与对数频率特性表示及特点； 3 系统开环幅相频率特性与对数频率特性的图示要点； 4 应用乃奎斯特判据判断控制系统的稳定性方法； 5 对数频率特性三频段与系统性能的关系； 6 计算频域参数与性能指标； 思考与习题祥解 题判断下列概念的正确性 ω的正弦信号加入线性系统，这个系统的稳态输出也将是同 (1) 将频率为 一频率的。 M仅与阻尼比ξ有关。 (2) 对于典型二阶系统，谐振峰值 p (3) 在开环传递函数中增加零点总是增加闭环系统的带宽。 (4) 在开环传递函数中增加极点通常将减少闭环系统的带宽并同时降低稳定性。 (5) 对于最小相位系统，如果相位裕量是负值，闭环系统总是不稳定的。 (6) 对于最小相位系统，如果幅值裕量大于1，闭环系统总是稳定的。 (7) 对于最小相位系统，如果幅值裕量是负分贝值，闭环系统总是不稳定的。 (8) 对于非最小相位系统，如果幅值裕量大于1，闭环系统总是稳定的。 (9) 对于非最小相位系统，须幅值裕量大于1且相位裕量大于0，闭环系统才是稳定的。 (10) 相位穿越频率是在这一频率处的相位为0。 (11) 幅值穿越频率是在这一频率处的幅值为0dB。 (12) 幅值裕量在相位穿越频率处测量。 (13) 相位裕量在幅值穿越频率处测量。 (14) 某系统稳定的开环放大系数25 K<，这是一个条件稳定系统。 (15) 对于（-2/ -1/ -2)特性的对称最佳系统，具有最大相位裕量。 (16) 对于（-2/ -1/ -3)特性的系统，存在一个对应最大相位裕量的开环放大系数值。 (17) 开环中具有纯时滞的闭环系统通常比没有时滞的系统稳定性低些。 (18) 开环对数幅频特性过0分贝线的渐近线斜率通常表明了闭环系统的相对稳定性。 M和频带宽BW (19) Nichols图可以用于找到一个闭环系统的谐振峰值 p 的信息。

悬索桥的风致振动及控制方法的探讨

悬索桥的风致振动及控制方法的探讨 刘琳娜，何杰，王志春 武汉理工大学，道路桥梁与结构工程湖北省重点实验室，湖北武汉（430070） 摘要：风对悬索桥的作用是十分复杂的现象，随着桥梁结构的大跨度发展，桥梁对风作用反应的敏感和复杂逐渐成为设计的控制因素。本文章就悬索桥的三个重要组成部分——梁体，主塔以及缆索各自的风致振动研究现状和控制方法进行了分析介绍，同时探讨了悬索桥应该进一步研究的风致振动方面的问题。 关键词：悬索桥，风致振动，振动形式，控制方法 1. 引言 悬索桥以其受力性能好、跨越能力大、轻型美观，抗震能力好，而成为跨越江河、海峡港湾等交通障碍的首选桥型。由于桥梁是裸露于地球表面大气边界层内的建筑物，不可避免的会受到风的作用。而且随着桥梁理论的不断完善和施工技术的不断提高，桥梁结构型式向轻型化、长大化发展[1]，这就使风对桥梁的作用更加明显。风荷载逐渐成为悬索桥设计的主要控制荷载。然而，桥梁界对风对桥梁的作用的认识是在惨痛的历史教训中总结发展的。据不完全统计，18世纪以来，世界上至少有11座悬索桥由于风的作用而毁坏[2]。直到1940年秋，美国华盛顿州建成才4个月的Tacoma吊桥在不到20 m/s 的8级大风作用下发生破坏才引起了国际桥梁工程界和空气动力界的极大关切。 目前，世界上已修建的最大跨度的悬索桥为日本的明石海峡大桥，其主跨跨度已达到1990m，而一些跨度更大的特大跨悬索桥，如Messina海峡大桥、Gilbralter海峡大桥也己先后提上议事日程。随着我国经济的迅速发展，桥梁建设事业也得到了飞速发展，我国也己成功修建了汕头海湾大桥、广东虎门大桥、西陵长江大桥和江阴长江大桥等多座悬索桥，尤其江阴长江大桥跨度达到1385米，进入世界前列；目前还有多座大跨悬索桥在规划中，如珠江口伶仃洋跨海工程、杭州舟山大桥等。因此，二十一世纪中国的桥梁事业将有更崭新的发展。 随着悬索桥跨度的增加，结构刚度和阻尼显著下降，因此对风的作用更为敏感，从而抗风设计已逐渐成为大跨悬索桥设计中的控制因素。而对于悬索桥风致振动及其控制方法的研究也显的越来越重要了。悬索桥的风致振动在其结构上主要表现为梁体、主塔、缆索等三个构件的振动，因此本文从这三个构件的风致振动机理的研究入手，借以探讨对悬索桥各个构件的控制方法。 2. 梁体的风致振动和控制方法 由于悬索桥轻柔、大跨的性质，梁体的振动机理是最受关注的，一般来说，其主要风致振动形式有两种——对桥梁具有摧毁作用的颤振和最常见的抖振。 2.1 颤振 颤振是一种危险性的自激发散振动。对于近流线型的扁平断面可能发生类似机翼的弯扭耦合颤振。对于非流线型断面则容易发生分离流的扭转颤振[3]。上述两种颤振分析理论可以较好地解决悬索桥的颤振问题。 对桥梁结构进行颤振分析可首推Bleich，他于1948年首次将以Theodorson函数为基础

台风下大跨度桥梁抖振响应分析的若干问题研究

目录 目录 摘要..................................................................................................................................... I ABSTRACT .................................................................................................................... III 第1章绪论. (1) 1.1 研究背景和意义 (1) 1.2 研究目标 (2) 1.3 论文构架 (3) 1.4 技术路线 (3) 第2章研究现状回顾 (5) 2.1 非平稳随机过程的研究 (5) 2.2 台风非平稳特性的研究 (6) 2.3 非平稳风场模型 (7) 2.3.1 时变平均风 (7) 2.3.2 时变风廓线模型 (8) 2.3.3 时变静风力模型 (8) 2.4 桥梁抖振分析 (9) 2.4.1 桥梁抖振频域分析 (9) 2.4.2 桥梁抖振时域分析 (15) 2.5 经验模态分解方法 (16) 2.5.1 经验模态分解的提出 (16) 2.5.2 经验模态分解的优势 (17) 2.5.3 经验模态分解的基本理论 (18) 2.5.4 经验模态分解的研究方向 (20) 2.6 小结 (26) 第3章台风特性分析 (27) 3.1 台风“黑格比”介绍 (27) 3.2 博贺海洋观测站介绍 (27) 3.3 紊流特性参数 (28) 3.3.1 紊流 (28) 3.3.2 紊流度 (28) 3.3.3 紊流积分尺度 (28) 3.4 风速的矢量分解 (29) 3.5 台风特性分析 (30)

高层建筑风致结构响应结果分析.docx

高层建筑风致结构响应结果分析1概况 某项目位于广州市新滘东路以西琶洲B2区，由塔楼1、塔楼2、塔楼3等3个塔楼和底部连接塔楼1和塔楼2的裙楼组成，3个塔楼呈“<”状排列，其中塔楼2屋面高度为148.10m、塔楼3屋面高度为149.65m。塔楼2、3相互间距较小，楼层质量及刚度存在较大偏心［1］，结构平面原为矩形（方案1），后调整为切角三角形（方案2），平面形状变化较大，项目进行了两次建筑物不同平面形状的风洞试验研究和风致结构响应分析。项目效果图、总平面图和结构主要特征见图1、图2和表1。 2风洞风荷载与规范风荷载的结构风致响应对比 风洞风致结构响应分析报告［2，3］提供了用于主体结构设计的风荷载，每个塔楼包含6个不利风向对应的等效楼层风荷载，每个风向风荷载包含顺风向、横风向以及扭转等3个等效风荷载分量及其组合系数，采用YJK计算程序验算风洞风下的结构响应，并和规范［4］风下的结构响应进行比较。篇幅所限，以塔楼2方案1的对比研究成果为例。风洞不利风向和风荷载组合系数如表2所示。塔楼2在风洞风和规范风下的结构楼层等效风荷载包络值对比和位移角对比如图3、图4所示。对比可知，塔楼2风洞风的楼层顺风向风荷载明显小于规

范风，但横风向风力则大幅度大于规范风，且扭转等效风荷载力矩较大，相当于风荷载平面偏心16%引起的扭矩大小。结构扭转效应显著增大，导致结构楼层位移角增大较多。为了解风洞风横风向和扭转风振对结构构件内力的影响［5］，选取核心筒一连梁的剪力作为比较对象，为便于比较不同风荷载的对连梁剪力的影响，比较时仅考虑风荷载工况下的连梁剪力标准值（见图5）。选取3种风荷载工况进行比较：①按文献［4］8.5.6条的组合系数进行风荷载组合的规范风荷载工况；②按文献［6］7.5.14条的组合系数进行风荷载组合的规范风荷载工况；③风洞风荷载工况。文献［4］和文献［6］关于风荷载分量的组合系数工况要求如表3所示，两者的要求有较大区别，文献［6］考虑风荷载各荷载间的相关性，且组合系数比文献［4］大。连梁剪力标准值对比如图6所示，横风向风振和扭转风振等效风荷载引起的连梁剪力比例分别如图7、图8所示。对比可知，虽然风洞顺风向风荷载最大值仅为规范风顺风向的68%，但横风向和扭转风振等效风荷载较大，风洞风作用下的连梁剪力较规范算法有较大增幅，剪力标准值最大值相对文献［4］算法和文献［6］算法分别增大40%和34%。在各不利风向风洞风等效风荷载作用下的连梁剪力，由横风向风振等效荷载引起的剪力与连梁总剪力的比值为4%~125%，比值的大小与风向和梁长方向的夹角存在高度相关性，当风向与梁长方向接

风致动力效应

1.3.2风对高层建筑的作用 高层建筑，特别是超高层建筑大都具有柔性大、阻尼小的特点，这样使得风荷载成为其 结构设计时的主要控制荷载。风荷载作用于高层建筑，会产生明显的三维荷载效应，即顺风向风荷载、横风向风荷载和扭转风荷载。在三维动力风荷载的作用下，高层建筑在顺风向、横风向和扭转方向产生振动。 第1章绪论 1.3. 2.1顺风向风效应 我国荷载规范[80】中给出了高层建筑顺风向平均风荷载的计算公式: 矶=刀:户:拜，叽(l一10) 式中:哄为高层建筑:高度处的平均风压;叽为10米高度处的基本风压(我国规范Is0】中 给出的基本风压是基于B类地貌条件的，其它地貌条件下要进行相应的转化);户:和户，分 别为风压高度系数和体型系数;几为考虑脉动放大效应的风振系数。 一般认为顺风向脉动风荷载符合准定常假定，即顺风向风荷载的脉动主要由顺风向风速 脉动引起。Davenportl吕’l和几mural82]等提出利用脉动风速功率谱转化得到顺风向风荷载功率 谱的方法，许多学者还通过风洞试验的方法得到高层建筑顺风向风荷载谱的经验公式183.851。 高层建筑顺风向振动以一阶模态振动为主，一般假定高层建筑一阶振型为线性，但近年 来部分学者对线性假定提出异议，并给出了振型修正的计算方法186-87]，顺风向风振的计算中 必须考虑风荷载的水平和竖向空间相关性188】。 1.3. 2.2横风向风效应 横风向风荷载由尾流激励、来流紊流和结构横向位移及其对时间的各阶导数引起的激励 等因素构成，但主要是由结构尾流中的漩涡脱落引起建筑物两侧气压交替变化所致189】。当 建筑物高度较低或高宽比不大时，结构的顺风向风致响应大于横风向响应;而近年来大量的风洞试验和现场实测证明，当高层建筑的高宽比大于4时，其横风向风振响应往往会超过顺风向响应，成为结构设计的控制性因素190]。 由于横风向风荷载机理复杂以及横风向振动的重要性，使得这方面的研究一直是风工程 界的热点问题。横风向风荷载不符合准定常假定，因此横风向风荷载谱不能根据脉动风速谱得到1841，风洞试验是研究高层建筑横风特性的主要手段。国外的ohkuma[01]、H.choil92)以及 国内的梁枢果[93]、顾明194]、徐安【84]等都相继提出了横风向风荷载功率谱的数学模型。横风向风振应通过随机振动理论计算，vicke夕95】、Kareem[9e]和Kwoklgv]等对高层建筑横 风向振动的计算方法进行了详细的阐述和探讨;梁枢果等给出了矩形高层建筑横风向风振响应的简化计算方法[98]。 1.3. 2.3扭转风效应 扭转风荷载则是顺风向紊流、横风向紊流和漩涡脱落共同作用的结果l”]。高层建筑的 浙江大学博士学位论文2008 风致扭转力矩与结构的平面形状有很大关系，往往平面形状不规则的高层建筑会引起较大的风致扭矩，从而导致较大的扭转响应。xIEJi而ng等199]在研究多幢高层建筑风扭矩的基础上， 提出了结构“等效偏心”的概念。

膜结构风荷载和风致响应研究进展

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 振!动!与!冲!击 第"#卷第$期 %&’()*+&,-./(*0.&)*)123&45 -678"#)68$"99:! 膜结构风荷载和风致响应研究进展( (国家自然科学基金优秀创新群体基金##9$"=99$%和教育部/高等学校骨干教师资助计划0项目收稿日期!"99#;9";=# 第一作者顾!明男"教授"=<#>年@月生 顾!明!陆海峰 #同济大学!土木工程防灾国家重点实验室"上海!"999<"% !!摘!要!膜结构是近年来在大跨度空间结构中广泛采用的结构形式&由于膜材料柔软)质轻的特点"膜结构对风 的作用却十分敏感"风荷载是该类结构设计中的主要控制荷载"在响应分析中必须考虑气动弹性效应"但至今仍没有行之有效的分析方法&从风洞试验研究)响应分析方法和数值模拟等方面详细评述了膜结构风致振动的研究进展"并给出了今后研究的建议& !!关键词!膜结构"风致振动"气动弹性 中图分类号!0’$<$8$!!!文献标识码!* !"引"言 膜结构是以建筑织物...膜作为覆面材料和受力 构件的一种空间结构形式&通过高强度)柔性的薄膜材料与支撑体系的结合"形成具有一定刚度的稳定曲面来承受外荷载"在大跨度空间结构中得到日益广泛应用和蓬勃发展#/I W JF U e 1D Z ‘U 6J ""999’=($/W I ]U TI g F G I =8 ""99"’?(%&建于=<N "由=>个连成一排的双锥膜单元覆盖"充分体现了膜结构造型自由轻巧)制作简易)安装快捷)节能等优点"已成为当地的标志性建筑#/F W K F W "=<<<’"(%$新千年 到来之际"建于伦敦的千年顶#0TFC D 77F JJD HN 16N F "图"%则集中体现了"9世纪建筑技术的精华#/I W JF U e 1D Z ‘U 6J ""999%& 图=!丹佛国际新机场 图"!伦敦千年顶 由于膜材料柔软)质量轻的特点"膜结构对地震荷 载有良好的适应性"对风的作用却十分敏感"风荷载是该类结构设计中的主要控制荷载&合理估计膜结构的风致动力响应并采取有效措施保证结构的强度和耐久性"是膜结构设计中的重要环节&佐治亚穹顶建成$年后的=<<#年"即在一次强风大雨袭击下有四片薄膜被撕裂"撕裂长度达=9余米&佐治亚穹顶的原设计风速是="@‘N h T "而事故发生当天的最大风速记录只有@9‘N h T #杨庆山""99"’$>(%&韩国为"99"世界杯建造 的济州岛体育馆#4TF f H d 6W 7]4H\2G I ]D HN %的膜屋盖 曾先后两次在台风袭击下出现膜材撕裂的现象&国内亦有一些膜结构被风撕毁的报道&尽管如找形)静力荷载分析)裁剪等一系列膜结构设计的问题都已经取得长足的进展#3I EF We *EF 7"=<@"$’F G I JD F G I 78" "999$/7F G P D JK F We (I N N E ""99=$C I HW D J e C 6G W 6 "=<<@$2TD N I ]I e0I ]I "=<<=%"但和高层)高耸)桥梁结构相比较"膜结构至今仍没有一套令人满意的风致振动分析方法"不能满足设计和使用的需要&这种状况近几年来正逐步受到了工程界的关注& 本文从风洞试验)风振响应计算和风荷载数值模拟这三个主要方面总结了膜结构抗风研究的研究状况"指出了存在的问题"并讨论了值得研究的方向& #"膜结构风振的特点 !!膜结构的应用始于=<>9年代"最早出现的是充气膜结构"早期的研究也主要针对充气膜结构"后来随着张拉膜结构的广泛应用"研究重点也向此方向转移& 膜结构多为复杂的三维空间曲面"建筑造型鲜有雷同"这就导致结构表面风压分布的个体差异显著&由于膜结构的水平跨度往往大于垂直高度"结构表面 万方数据

第五章 频域分析法

第五章 频域分析法 时域分析法具有直观、准确的优点。如果描述系统的微分方程是一阶或二阶的，求解后可利用时域指标直接评估系统的性能。然而实际系统往往都是高阶的，要建立和求解高阶系统的微分方程比较困难。而且，按照给定的时域指标设计高阶系统也不是一件容易的事。 本章介绍的频域分析法，可以弥补时域分析法的不足。因为频域法是基于频率特性或频率响应对系统进行分析和设计的一种图解方法，故其与时域分析法相比有较多的优点。首先，只要求出系统的开环频率特性，就可以判断闭环系统是否稳定。其次，由系统的频率特性所确定的频域指标与系统的时域指标之间存在着一定的对应关系，而系统的频率特性又很容易和它的结构、参数联系起来。因而可以根据频率特性曲线的形状去选择系统的结构和参数，使之满足时域指标的要求。此外，频率特性不但可由微分方程或传递函数求得，而且还可以用实验方法求得。对于某些难以用机理分析方法建立微分方程或传递函数的元件(或系统)来说，具有重要的意义。因此，频率法得到了广泛的应用，它也是经典控制理论中的重点内容。 5.1 频率特性 对于线性定常系统，若输入端作用一个正弦信号 t U t u ωsin )(= (5—1) 则系统的稳态输出y(t)也为正弦信号，且频率与输人信号的频率相同，即 ) t Y t y ?ω+=sin()( (5—2) u(t)和y(t)虽然频率相同，但幅值和相位不同，并且随着输入信号的角频率ω的改变，两者之间的振幅与相位关系也随之改变。这种基于频率ω的系统输入和输出之间的关系称之为系统的频率特性。 不失一般性，设线性定常系统的传递函数G(s)可以写成如下形式 ) () () () () ())(() ()()()(1 21s A s B p s s B p s p s p s s B s U s Y s G n j j n = +=+++== ∏=Λ (5—3) 式中B(s)——传递函数G(s)的m 阶分子多项式，s 为复变量； A(s)——传递函数G(s)的n 阶分母多项式 (n ≥m)； n p p p ---,,,21Λ—传递函数G(s)的极点，这些极点可能是实数，也可能是复数，对稳定的系统采说，它们都应该有负的实部。 由式(5—1)，正弦输入信号u(t)的拉氏变换为(查拉氏变换表) ) )(()(22ωωω ωωj s j s U s U s U -+=+= （5—4）

第5章频域分析法习题解答

第5章频域分析法 5.1 学习要点 1 频率特性的概念，常用数学描述与图形表示方法； 2 典型环节的幅相频率特性与对数频率特性表示及特点； 3 系统开环幅相频率特性与对数频率特性的图示要点； 4 应用乃奎斯特判据判断控制系统的稳定性方法； 5 对数频率特性三频段与系统性能的关系； 6 计算频域参数与性能指标； 5.2 思考与习题祥解 题5.1 判断下列概念的正确性 ω的正弦信号加入线性系统，这个系统的稳态输出也将是同 (1) 将频率为 一频率的。 M仅与阻尼比ξ有关。 (2) 对于典型二阶系统，谐振峰值 p (3) 在开环传递函数中增加零点总是增加闭环系统的带宽。 (4) 在开环传递函数中增加极点通常将减少闭环系统的带宽并同时降低稳定性。 (5) 对于最小相位系统，如果相位裕量是负值，闭环系统总是不稳定的。 (6) 对于最小相位系统，如果幅值裕量大于1，闭环系统总是稳定的。 (7) 对于最小相位系统，如果幅值裕量是负分贝值，闭环系统总是不稳定的。 (8) 对于非最小相位系统，如果幅值裕量大于1，闭环系统总是稳定的。 (9) 对于非最小相位系统，须幅值裕量大于1且相位裕量大于0，闭环系统才是稳定的。 (10) 相位穿越频率是在这一频率处的相位为0。 (11) 幅值穿越频率是在这一频率处的幅值为0dB。 (12) 幅值裕量在相位穿越频率处测量。 (13) 相位裕量在幅值穿越频率处测量。 (14) 某系统稳定的开环放大系数25 K<，这是一个条件稳定系统。 (15) 对于（-2/ -1/ -2)特性的对称最佳系统，具有最大相位裕量。 (16) 对于（-2/ -1/ -3)特性的系统，存在一个对应最大相位裕量的开环放大系数值。 (17) 开环中具有纯时滞的闭环系统通常比没有时滞的系统稳定性低些。 (18) 开环对数幅频特性过0分贝线的渐近线斜率通常表明了闭环系统的相对稳定性。 M和频带宽BW (19) Nichols图可以用于找到一个闭环系统的谐振峰值 p 的信息。

风荷载与结构的风致响应及解决方法

风荷载与结构的风致响应及解决方法摘要：风是一种为人们所熟知的自然现象，影响着生活的方方面面。而且，风能作为一种可再生的绿色能源也已越来越被重视。但是，对于结构而言，风对结构的影响可以说都是不利的。尤其是对于那些质量轻、柔度大、阻尼小、自振频率低的结构，如：大跨度桥梁、超高层建筑、大跨度悬挑屋盖等，风往往是设计的主要控制因素之一。根据风压随时间变化的特点，其被分解为平均风压和脉动风压两个分量。不同的风压分量往往会引起结构的不同类型的破坏。本文将结合若干工程实例，浅谈其破坏类型，并总结相关设计方法。 关键字：风荷载；风敏感结构；风致响应；抗风设计 1.自然风 1.1. 风的成因 空气是由各种气体分子等组成的混合物，是一种流体。其运动方向是气压的正梯度方向。只有存在气压差时，才会形成风。在自然条件下，气压差往往是由于太阳辐射的不均匀、地球上水陆分布的不均匀使空气产生不均匀的升温而造成的。太阳光照射在地球表面上，使地表温度升高，地表的空气受热膨胀变轻而往上升。热空气上升后，低温的冷空气横向流入，上升的空气因逐渐冷却变重而降落，由于地表温度较高又会加热空气使之上升，这种空气的流动就产生了风。 图1-1 全球大气循环 1.2. 风的类型 根据风的成因的不同，可分为多种类型的风。以下是一些典型的、对土木工程影响较大的风气候。

大气环流：大气环流是指在全球范围由太阳辐射和地球自传作用形成的大尺度的大气运动，它决定了各地区天气的行程与变化。其中季风就是由大气环流、海陆分布和大陆地形等多种因素造成的，是以年为周期的一种区域性的大气运动。这种类型的风作用区域最大、破坏性小，是平时最为常见的一类风。 热带气旋：热带气旋是指在热带或副热带海洋上产生的强烈空气漩涡。其直径通常为几百千米，厚度为几十千米。强烈的热带气旋不但形成狂风、巨浪，而且往往伴随发生暴雨、风暴潮，造成严重的灾害。这种类型的风作用区域较大，持续时间长，而且具有很强的破坏性，是主要的自然灾害之一。 龙卷风：龙卷风是一种出现在强对流云内的漏斗状漩涡。这种类型的风活动范围小、持续时间短但是具有极大破坏性的。 1.3. 风荷载性质与对结构的影响 平时，我们往往用风速来描述风的强度，那是因为风压与风速是有关系的，根据伯努利公式，风的动压可表示为： 2 2v ρω= （1） （1）式中，ω为风压、ρ为空气密度、v 为风速。 因此只要知道风速，就可以知道风压大小。根据观测，可以发现从地面开始，风速随着高度的升高而增大，当达到一定高度时，风速将趋近于某一值。这是由于当风吹过地球表面时，由于受到地面上各种粗糙元（如草地、庄稼、树林、建筑物等）的阻碍作用，会使近地面的风速减小。这种影响随离地高度的增加而逐渐减弱，直至达到某一高度后消失。通常可将地表摩阻影响的近地大气层称为“大气边界层”大气边界层顶部到地面的距离成为大气边界层厚度。在大气边界层内，风以不规则的、随机的湍流形式运动，平均风速随高度的增加而增加，至大气边界层以外，风以层流的形式运动。当然，由于地表状况的不同，大气边界层也会有不同。高楼林立的城市中，大气边界层会相对较厚；而表面平坦的海洋上，大气边界层则会较薄。图1-2即形象地反映了不同地面粗糙程度对大气边界层及风速的影响。

超高层建筑风致响应分析的时域方法比较研究

超高层建筑风致响应分析的时域方法比较研究Newmark-β方法以其其高效性和普适性广泛应用于各类结构动力学问题的 求解。自其提出之后，就吸引了许多研究者，许多文献关注该方法的应用及其精度和稳定性。Wilson-θ法采用了线性加速度假设，当θ足够大时Wilson-θ法是无条件稳定的。本文采用MATLAB语言作为计算机程序设计语言，分别用newmark方法和Wilson-θ方法等两种计算方法来计算结构动力响应，并从位移、速度、加速度和轨迹线方面对两种方法进行对比研究。 标签：Newmark-β方法；Wilson-θ法；结构动力响应；风致振动 1.概述 随着科学技术的发展，高层建筑不断涌现，其高度也越来越高，导致建筑物对风的敏感性也越来越明显，风荷载成为了高层建筑的控制荷载。目前，普遍采用的风振响应分析方法主要是时域法和频域法。时域法是直接运用风洞试验的风压时程或计算机模拟的风压时程，作用于屋面结构进行风振响应时程分析，然后通过动力计算得到结构的动力响应；频域法是用随机振动理论建立风荷载谱的特性与结构响应之间的直接关系。 时域法分析具有以下优点：时域法可以较精确地进行结构的非线性分析；时域法可直接处理和计算对象的系统结构和特性；时域法不必做结构的数学模型简化等大量工作，可以直接求出位移、速度以及加速度的响应值；；在缺乏实测或试验资料的情况下，各种简化计算方法可以和精确的时域方法进行比较验证。尽管时域分析方法原理比较复杂，计算量非常大，但随着计算机技术的不断发展，这个问题正在逐步得到解决。 本文将采用时域法对某超高层建筑进行风致响应分析。首先，通过风洞试验确定作用在结构上的风荷载，然后，通过时域动力响应计算得出结构的位移、速度和加速度响应；最后将Newmark-β方法计算的结果与Wilson-θ方法计算的结果进行分析比较。 2.风洞试验 2.1设备和流场 该项目风洞试验是在汕头大学风洞试验室的STDX-1风洞进行的，STDX-1是一座具有串置双试验段的全钢结构的闭口回流低速工业风洞，其中主试验段为20 m×3 m×2 m，采用刚性模型多点同步测压.该建筑模型用玻璃钢制作，几何缩尺比为1：500，试验模型如图1所示。风速连续可调，且流场性能良好。风洞试验时，气流是以稳定的风速吹响该建筑模型，并且在不同风向角试验工况下，其风向在测试过程中也是稳定的。根据该建筑所在位置以及周边环境，确定采用C类地貌进行试验。

钢管拱肋节段吊装最大悬臂状态的风致抖振控制

第4章钢管拱肋节段吊装最大悬臂状态的 风致抖振控制 4.1 引言 风对桥梁引起的振动，即使不导致结构的破坏，也使人们感到不适，像这类对生理上的效应是一般人体最易感受得到的[6]。 由于钢管混凝土在拱桥中的广泛应用，使得拱桥向大跨、轻柔方向发展。桥梁跨径的增大亟需解决桥梁的抗风问题。此外，钢管混凝土拱桥的面内、面外基频均比悬索桥和斜拉桥的基频大，而比刚性拱桥的基频小，说明钢管混凝土拱桥的面外刚度较小；同时，钢管混凝土拱桥的面外基频较面内基频低，反映出钢管混凝土拱桥横向稳定问题较为突出，尤其是大跨度钢管混凝土拱桥[4]。又由于钢管混凝土本身的特点，使其拱肋形式较为固定，不可能做到气动选型；同时，对于中、下承式拱桥的桥面与桥面以上拱肋的连接方式为吊杆支撑，桥面系截面形式的选取与全桥跨径无关，主要取决于吊杆的间距，而中、下承式拱桥的吊杆间距又较小，使得桥面系相对于全桥来说显得较柔，同时也未曾采用气动选型，这些均可能增大中、下承式钢管混凝土拱桥的风振反应。但该方面的研究内容却很少[8]，因此有必要对钢管混凝土拱桥进行风振反映分析。 由于钢管混凝土拱桥大跨、轻型的特点，引发了工程界对于该类桥梁抗风研究的关注。罗雄等对大跨度钢管混凝土拱桥进行了时域抖振分析研究，指出抖振是大跨桥梁不可避免的一种随机振动[1]；葛耀君等通过风洞实验和计算分析对卢浦大桥施工和成桥阶段的抗风稳定性进行专题研究，结果表明最大悬臂施工阶段风振造成的竖向和侧向振幅都很大，可能会影响正常的施工[2]。周述华等针对丫髻沙大桥成桥及施工阶段进行了抗风研究[3]。有关大跨度钢管混凝土拱桥的抗风研究大都处在定性分析评价的阶段。大跨桥梁抖振是结构在脉动风作用下产生的随机振动现象，它可引起构件的较大变形和应力以及构件的疲劳，尤其在施工阶段，过大的抖振响应会危及施工安全，影响施工进度和施工质量，但该方面的研究内容却很少[8]。所以开展大跨桥梁施工阶段抖振动力研究具有重要的理论意义和工程实用价值[4]。 可以在这里加入文献综述：已经有人研究连续刚构的施工振动控制了，还有斜拉桥施工过程中的振动控制，例如桥塔等。下载相关的文献并重新写综述。 而且本桥在钢管拱肋节段吊装时，遇到了相当于9至10台风的袭击，当时钢管拱肋节段安装了四段，据目测拱肋悬臂端的位移达到了20cm左右。所以说******* 文献[]丫髻沙大桥做过这方面的工作， 综述总结，但是目前的所有对钢管混凝土拱桥的风致抖振工作都是针对成桥

实验二连续时间信号的频域分析

实验二连续时间信号的频域分析 令狐采学 一、实验目的 1、掌握连续时间周期信号的傅里叶级数的物理意义和分析方法； 2、观察截短傅里叶级数而产生的“Gibbs现象”，了解其特点以及产生的原因； 3、掌握连续时间傅里叶变换的分析方法及其物理意义； 4、掌握各种典型的连续时间非周期信号的频谱特征以及傅里叶变换的主要性质； 5、学习掌握利用Matlab语言编写计算CTFS、CTFT和DTFT 的仿真程序，并能利用这些程序对一些典型信号进行频谱分析，验证CTFT、DTFT的若干重要性质。 基本要求：掌握并深刻理傅里叶变换的物理意义，掌握信号的傅里叶变换的计算方法，掌握利用Matlab编程完成相关的傅里叶变换的计算。 二、原理说明 1、连续时间周期信号的傅里叶级数CTFS分析 任何一个周期为T1的正弦周期信号，只要满足狄利克利条

件，就可以展开成傅里叶级数。 三角傅里叶级数为： ∑∞=++=1000)]sin()cos([)(k k k t k b t k a a t x ωω 2.1 或：∑∞ =++=100)cos()(k k k t k c a t x ?ω 2.2 其中102T π ω=，称为信号的基本频率（Fundamental frequency ）， k k b a a ，和，0分别是信号)(t x 的直流分量、余弦分量幅度和正弦分量 幅度，k k c ?、为合并同频率项之后各正弦谐波分量的幅度和初相 位，它们都是频率0ωk 的函数，绘制出它们与0ωk 之间的图像，称 为信号的频谱图（简称“频谱”），k c －0ωk 图像为幅度谱，k ?－0ωk 图像为相位谱。 三角形式傅里叶级数表明，如果一个周期信号x(t)，满足狄 里克利条件，就可以被看作是由很多不同频率的互为谐波关系（harmonically related ）的正弦信号所组成，其中每一个不同频率的正弦信号称为正弦谐波分量(Sinusoid component)，其幅度（amplitude ）为k c 。也可以反过来理解三角傅里叶级数：用无限 多个正弦谐波分量可以合成一个任意的非正弦周期信号。 指数形式的傅里叶级数为： ∑∞-∞== k t jk k e a t x 0)(ω 2.3 其中，k a 为指数形式的傅里叶级数的系数，按如下公式计算：

不同气动措施对特大型冷却塔风致响应及稳定性能影响分析

不同气动措施对特大型冷却塔风致响应及稳定性能影响分 析 摘要：为研究不同气动措施对特大型冷却塔结构风 致强度及稳定性能的影响，以内陆某核电特大型冷却塔为例，对无气动措施和增设3种气动措施冷却塔进行刚体测压风洞试验.基于试验结果对比分析了不同气动措施下冷却塔表面 平均和脉动风压特性，然后采用有限元方法进行不同气动措施下特大型冷却塔的动力特性、风致响应、局部和整体稳定性能研究，最终提炼出不同气动措施对特大型冷却塔结构抗风性能的影响规律. 关键词：特大型冷却塔；气动措施；风洞试验；风压特性；风致响应；稳定性 中图分类号：TU279.741 文献标识码：A 文章编号：1674-2974（2016）05-0079-11 Abstract：To study the wind-induced strength and stability properties of large cooling towers with different aerodynamic measures，the pressures of the rigid-body models without or with three different aerodynamic measures were measured by the wind tunnel tests. A nuclear super-large cooling tower inland was considered as the test specimen. The surface wind

mean and fluctuating pressure characteristics were investigated from the test results. Furthermore，finite element analysis was conducted to evaluate the dynamic characteristics of natural vibration，the wind-induced response，and the overall and local stability. Finally，the effective rules of the different aerodynamic measures on wind resistance for super-large cooling tower were proposed. Key words：super large cooling towers；aerodynamic measures；wind tunnel test；wind pressure characteristic；wind-induced response；stability 随着能源产业结构的调整，作为火/核发电厂重要构筑物之一的冷却塔的规模日趋高大化，国内规范条款仅针对高度在165 m以下的冷却塔，其已无法满足当前特大型冷却塔建设的需求，同时塔高和直径的增大使特大型冷却塔在风荷载作用下的承载能力和稳定性能成为制约其发展的瓶颈之一[[1-2]. 国内外学者采用风洞试验和有限元方法对大型冷却塔 的风致稳定性能进行了大量研究[[3-6]，为其抗风设计提供了很好地技术支持.然而，国内外已有研究成果均未涉及不同气动措施[[7-8]下特大型冷却塔的风压分布特性，更缺乏不同气动措施对其风致响应和稳定性影响的定性和定量分析. 鉴于此，本文以内陆某核电特大型冷却塔工程为背景，

作用与作用效应组合

第2章 作用与作用效应组合 2.1 作用的概念及分类 2.1.1 作用的有关概念 作用是指直接施加在结构上的一组集中力（或分布力），或引起结构外加变形或约束变形的原因。前者称直接作用（亦称荷载），如车辆、人群、结构自重等；后者称间接作用，它不是以外力形式施加于结构，它们产生的效应与结构本身的特性、结构所处的环境有关，如地震、基础变位、混凝土收缩徐变、温度变化等。 在结构设计时，针对不同设计目的所采用的各种作用规定值，称为作用代表值。设计的要求不同，采用的代表值也不同。作用代表值一般可分为标准值、频遇值和准永久值。作用的标准值是作用的基本代表值，频遇值和准永久值一般可在标准值的基础上计入不同的系数后得到。 作用的设计值为作用标准值乘以相应的分项系数。 作用效应是指结构对所受作用的反应，如由作用产生的结构或构件的轴向力、弯矩、剪力、应力、裂缝、变形和位移等。 2.1.2 作用的分类 为了便于设计时应用，将作用于桥涵及其他结构物上的各种作用，按其作用时间和出现的频率分为三类，即：永久作用、可变作用和偶然作用。 1 永久作用 永久作用是指在结构使用期间，其量值不随时间而变化，或其变化值与平均值比较可忽略不计的作用。永久作用包括结构重力、预加力、土的重力、土侧压力、混凝土收缩徐变作用、水的浮力、基础变位作用。 永久作用应采用标准值作为代表值。 土的重力标准值可按作用于基础上的土的体积与土的重力密度计算确定。 结构重力标准值可按结构构件的设计尺寸与材料的重力密度计算确定。 土侧压力标准值可按《土质学与土力学》及《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）中有关的规定采用。 关于水的浮力的考虑： 水的浮力为水作用于建筑物基础底面的由下向上的力，其大小等于建筑物排开的水的重量。地表水或地下水通过与土体孔隙中自由水的连通来传递水压力与浮力。水是否能渗入基底是产生水浮力的前提条件，因此，水的浮力与地基土的透水性、地基与基础的接触状态以及水压力大小（水头高低）和漫水时间等因素有关。 根据《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004），水的浮力应分别按下列规定采用：（1）基础底面位于透水性地基上的桥梁墩台，当验算稳定时，应考虑设计水位的浮力；当验算地基应力时，可仅考虑低水位的浮力，或不考虑水的浮力。 （2）基础嵌入不透水性地基的桥梁墩台，不考虑水的浮力。 （3）作用在桩基础承台底面的浮力，应考虑全部底面积。对桩嵌入不透水地基并灌注混凝土封闭者，不应考虑桩的浮力，在计算承台底面浮力时应扣除桩的截面面积。 （4）当不能确定地基是否透水时，应以透水或不透水两种情况与其他作用组合，取其最不利者。 预加力、混凝土收缩及徐变作用、基础变位作用的标准值、可按《公路钢筋混凝土及预应力

西部地区大跨度拱桥风致抖振响应

西部地区大跨度拱桥风致抖振响应1 张亮亮，赵亮，陈天地 重庆大学土木工程学院，重庆（400045） E-mail: zll200510@https://www.wendangku.net/doc/a34634354.html, 摘 要：随着科学技术的不断进步，拱桥的跨径正朝大跨度方向发展。拱桥跨径的增大急 需解决其抗风问题，而其中的关键是解决抖振问题。本文针对西部地区复杂特殊的风环境， 详细介绍了西部地区大跨度拱桥的风致抖振响应的问题。 关键词：西部地区，风环境，大跨度拱桥，抖振 1. 引言 随着科学技术的进步，西部经济的发展与需求，西部地区建造了多座大型拱桥，另有 许多大跨度拱桥正在兴建或即将兴建，继重庆菜园坝长江大桥之后，重庆朝天门大桥、拉 萨柳梧大桥等多座大跨度拱桥相继动工，拱桥已成为西部地区的主要桥型。对于这类大跨 度的中（下）承式拱桥，现行的《公路桥涵设计通用规范》和《公路桥梁抗风设计规范》 [1]中，没有给出风荷载设计依据与抗风措施，国内目前在该领域的研究也主要是针对悬索 桥与斜拉桥[2,3]，很少研究拱桥的抗风问题，且桥址多位于平原地区，而对于西部这种复杂 山地地貌下的大跨度拱桥的抗风研究几乎没有开展。对于这类大跨度拱桥来说，其抗风问 题与悬索桥和斜拉桥有明显差别，由于该类桥梁的刚度和结构稳定性相对较高，因此其颤 振临界风速较悬索桥要高得多，一般在设计风速下会发生颤振。而在常见较低的风速下， 拱桥结构就可能发生抖振。抖振是由于风的紊流成分诱发桥梁结构的随机振动响应，属于 强迫振动，虽然与颤振相比，它不会造成结构的突然破坏，但它会很容易引起吊杆与系梁 相连的节点部位的疲劳破坏进而引起安全事故，同时对行车舒适度也会产生很大影响。所 以湍流引起的结构抖振响应是该类桥梁主要应考虑的问题之一。 2. 西部地区风环境特征 西部地区复杂的山地地貌造成复杂的风环境，其特点是湍流强度高，旋涡尺度大。而 对于这类拱桥的动力响应问题来说，湍流特性特别是湍流积分尺度和相关函数的正确模拟 尤为重要。 3. 风环境模拟 到目前为止，有关西部复杂山地地貌风的高湍流特性模拟研究工作还开展的不够多。 如果采用通常的模拟方法，其湍流强度与尺度很难满足要求，因此，需要进行专门研究， 通过理论分析和数值模拟，可以在风洞中采用半主动模拟方法，采用脉动的涡旋发生器， 模拟桥址附近的气流特性，建立可靠的风环境模型[4]。 对于西部地区大跨度拱桥，在数值分析上，仍可采用常用的AR （p ）线性滤波法。一 种常用于模拟多变量随机过程的自回归模型AR （p ）公式如下： ()()()()t n B t k t f k C t f P k 01 +??=∑= (1-a) 1本课题得到高校博士点基金项目（西部地区大跨度拱桥抖振研究，20050611002）的资助。

顺风向结构风致响应一般计算方法

顺风向结构风致响应公式推导 0 引言 近些年来，由于全球气候变暖,风灾变得更为频繁,在所有自然灾害中，风灾造成的经济损失已经跃居各种自然灾害之首。每年造成全球经济损失达数百亿甚至千亿美元,而我国东南沿海地区又是受风灾影响比较严重的区域。同时，随着土木工程结构向着高、大跨、柔、轻质和低阻尼方向发展，结构对风的敏感性大大增强，与结构损坏有关的风灾屡见不鲜，风荷载正在逐渐成为结构设计时的控制荷载之一，国内外工程技术人员对建筑物的抗风设也计越来越重视。 在研究风对结构的作用时，一般将其分为平均风和脉动风。本文主要讨论顺 风向的结构风致响应。顺风向的结构风致响应是在平均风和脉动风共同作用下产生的。我国建筑和在规范规定，对于高度高于30m 且高宽比大于1.5的房屋结构，对于基本自振周期不大于0.25s 的塔架、桅杆、烟囱等高耸结构，应考虑到风压脉动引起的结构动力效应。由于脉动风的卓越周期在一分钟左右，而高、柔、大跨度结构的基本周期也只在几秒这个数量级，因此结构愈柔，基本周期愈长，顺风向的风致响应就愈大。目前关于结构顺风向风致响应的计算方法一般是基于加拿大Davenport 在20世纪60年代提出并不断发展完善的。依据该方法，顺风向的结构总风致响应由平均风响应、脉动风响应组成，其中脉动风响应包括背景响应和共振响应。图0-1（A ）表示了时域内的平均响应 r 、背景响应B r 和共振响应R r ，图0-1（B ）表示了频域内的背景均方响应2 B r 、前三阶共振均方响应2 1R r 、 22R r 和23R r 。下面主要探讨下单自由度和多自由度结构的顺风向风致响应。 图0-1 平均、背景和共振响应

荷载效应及地震作用效应组合(仅供参考)

8 荷载效应效应组合 本设计所应用到的用于承载能力极限状态下的内力组合公式如下： ①无地震时，由可变荷载效应控制的组合： G G K Q Q Q K W W W K S S S S γψγψγ=++ 式中 S —结构构件荷载效应组合的设计值，包括组合的弯矩、轴向力和剪力设计值； r G 、r Q 、r W —永久荷载、楼面活荷载和风荷载的分项系数； ΨQ 、ΨW —楼面活荷载和风荷载的组合系数，当为第一可变荷载时取1。 S GK 、S Qk 、S Wk —永久荷载、楼面荷载和风荷载效应标准值。 ②无地震时，由永久荷载效应控制的组合(根据《建筑结构荷载规范》GB 50009-2001 [2] 第3.2.3条注3，水平风荷载不参与组合。但2006版规范中取消了此注，即水平风荷载参与组合，当风荷载效应不大时也可忽略之。)：？ G G K Q Q Q K S S S γψγ=+ ③有地震时，即重力荷载与水平地震作用的组合： G G E Eh Ehk S S S γγ=+ 式中 S —结构构件荷载效应与地震作用效应组合的设计值； r G 、r Eh —重力荷载、水平地震作用的分项系数； S GE 、S Eh —重力荷载代表值、水平地震作用标准值。 用于正常使用极限状态下的内力组合(标准组合)公式如下：？ G K Q Q K W W K S S S S ψψ=++ 8.1控制截面及最不利内力类型 8.1.1构件的控制截面 框架梁的控制截面是支座截面和跨中截面。在支座截面处，一般产生最大负弯矩(max M -)和最大剪力(max V )(水平荷载作用下还有正弯矩产生，故也要注意组合可能出现 的正弯矩）；跨间截面则是最大正弯矩(max M +)作用处(也要注意组合可能出现的负弯矩)。因此，框架梁的最不利内力为： 梁端截面：max M +、max M -、max V 梁跨间截面：max M + 由于内力分析的结果是轴线位置处的内力，而梁支座截面的最不利位置应是柱边缘处，因此，在求该处的最不利内力时，应根据梁轴线处的弯矩和剪力计算出柱边缘处梁截面的弯矩和剪力，即： /2M M Vb '=- /2V V qb '=-