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1、振动与冲击第27卷第2期JOURNALOFVIBRATIONANDSHOCKVo.l27No.22008某大型博物馆结构风致响应分析11221,31周晅毅,顾明,李亚明,周晓峰,孙五一,黄鹏(1.同济大学土木工程防灾国家重点实验室,上海200092;2.上海建筑设计研究院有限公司,上海200041;3.中国地质大学工程学院,武汉430074)摘要:基于刚性模型风洞试验,对一个具有索网幕墙的新型杂交结构)))某大型博物馆结构进行风致响应计算。在计算平均风响应时考虑结构几何非线性的影响;分析脉动风响应时将结构近似作为线性结构处理,采用平稳激励下随机振动的模态叠加法(CQC法)进行计算。计算结果
2、表明,当关键点出现极大值响应时,平均风响应对峰值响应的贡献较大,而且动力响应中共振响应一般大于背景响应。此外,对于关键点竖向位移及结构支座竖向反力,主要是壳体悬挑部分的风荷载起作用;而索网面位移主要由索网面上的风荷载控制,悬挑部分的风压对其影响很小。关键词:新型杂交结构;索网;风洞试验;风致响应;阵风响应因子;响应谱+中图分类号:Y351.1TU312.1文献标识码:A大跨度屋盖结构通常质量轻、柔性大、阻尼小,此及位移响应风振系数进行了归纳。目前建造了大量具类结构往往是风敏感结构,风荷载是结构设计的控制有较强非线性特征的新型索网结构,对于此类结构,在荷载。大跨结构的抗风研究一直结构风工程领
3、域的热其风致振动机理、等效静力风荷载等方面仍有待开展点问题。Uematsu(1999)在紊流场中同步测量了圆屋进一步的探索。[1]顶上的196个测点,并对穹顶屋盖进行了风振响应本文以一实际工程结构为背景,基于风洞试验的分析。结果表明,参与振动的模态主要是前3~4阶对非定常风荷载对一个具有索网幕墙的新型杂交结构进称模态以及前几阶非对称模态。Massimiliano(2001)根行了风致响应研究,在一定程度上考虑了非线性效应,[2]据已有的互功率谱密度矩阵,利用线性回归滤波器对结构的风致响应规律进行了较为细致的分析。人工模拟了风压谱,然后采用NewmarkB法对一个悬[3~6]1工程概况索结构
4、进行了几何非线性分析。顾明,周晅毅(2005)提出了大跨度屋盖结构非定常风荷载实验方法某大型博物馆(以下称/博物馆0)的建筑及结构及抖振响应的计算分析方法。为了获得屋盖表面风压形式新颖(见图1),由边缘箱梁和三铰拱构成的主结的时空特性,采用多通道测压系统对结构刚性模型上构形成了两个形似风帆的屋面壳体。两张风帆各有三所有测点的风压进行了同步测量,以此为基础采用个的端点,每个三角形风帆的底部支点间距约为70m[7]CQC法计算屋盖结构的风致响应。沈世钊等(2006)(即南北宽度,见图2),风帆弧形屋面最宽处约40多米对鞍形索网、索桁架等悬索大跨结构的风致响应及等(东西宽度),风帆顶部端点最高处
5、距离地面约58m。效静力风荷载进行了研究,对起控制作用的结构内力两个风帆屋面壳体之间由两片单层索网幕墙相连接。图1某大型博物馆图2博物馆方位和风向角定义图3风洞试验刚性模型基金项目:国家自然科学基金创新研究群体科学基金(50621062)、国家自然科学基金(50608060)及同济大学青年优秀人才培养行动计划联合资助。收稿日期:2007-03-26修改稿收到日期:2007-06-28第一作者周晅毅男,讲师,1975年生26振动与冲击2008年第27卷向量;{p(t)}为风荷载向量。用于计算的风荷载来自2风洞试验方法风洞测压试验数据,根据相似定律已经将其转换为对风洞测压试验是在同济大学土木工
6、程防灾国家实应实际风场的风荷载。验室的TJ-2大气边界层风洞中进行的。测压试验模响应功率谱密度矩阵可由下式(CQC法)计算,*T型为刚体模型(见图3),用有机玻璃板和ABS板制成,[Syy(X)]=[5][H][5][Spp(X)][5][H]T模型的几何缩尺比为1/150。试验时通过旋转转盘模[5],其中[H]是传递函数矩阵,[5]为振型矩阵,拟不同风向。在模型上总共布置了676个测点。根据[Spp(X)]为力谱矩阵。CQC计算公式包括了所有振[8]T博物馆周围环境,按照文献的方法模拟为A类地貌型交叉项,能考虑振型之间的相互影响。式中[5]*风场。平均风速剖面指数为A=0.12,模型顶部
7、紊流[Spp(X)][5]的计算结果为广义力谱矩阵,[H]度约为12%。风从正北方向吹向博物馆时定义为0b风T[5][Spp(X)][5][H]为模态坐标谱矩阵,根据这两向角,根据结构的对称性,风向角的范围为0b~170b,个矩阵就可得到广义力、模态坐标的均方根值。试验风向角间隔取为10b。试验风向角和风向角定义定义峰值响应与平均响应之比为/阵风响应因见图2。子0,以此来表征结构对脉动风荷载的放大作用,即,3风致抖振响应
