高聳鋼塔結(jié)構(gòu)風振響應(yīng)探究范文
本站小編為你精心準備了高聳鋼塔結(jié)構(gòu)風振響應(yīng)探究參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發(fā)您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。
《四川建材雜志》2014年第四期
1脈動風功率譜密度函數(shù)
脈動風速的功率譜主要反映脈動風中各種頻率成分對應(yīng)的能量分布規(guī)律。許多學者對脈動風速功率譜進行了研究，得到了不同形式的風速譜表達式。在風工程中，加拿大Davenport脈動風速譜得到世界公認。它根據(jù)在世界上不同地點、不同高度實測的90多次強風記錄，假定水平脈動風速譜中的紊流積分尺度L沿高度不變，取常數(shù)值1200m，并取脈動風速譜為不同離地高度實測值的平均值，建立了沿高度不變的脈動風速譜表達式。
2脈動風時程模擬
模擬產(chǎn)生風速隨機過程樣本是時域法進行高聳結(jié)構(gòu)抗風分析的基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)是由于脈動風速引起的，因此風速時程模擬主要是指對脈動風速時程的模擬。人工模擬脈動風速是一種被廣泛應(yīng)用的方法，它可以考慮場地、風譜特性、建筑物的特點等條件的任意性。目前，常用的模擬風速時程曲線主要有線性濾波法和諧波疊加法。諧波疊加法算法簡單直觀、計算快速，而且能夠生成精度較高且無條件穩(wěn)定的模擬結(jié)果。諧波疊加法(harmonysuperpositionmethod)是基于一系列余弦波疊加求和的方法，用離散譜來逐漸逼近目標隨機過程樣本，是一種平穩(wěn)隨機過程數(shù)值模擬方法。有n維零均值的平衡隨機過程vj(t)(j=1，2，…，n)，其譜密度函數(shù)矩陣為S(ω)，見式(4):諧波疊加模擬法適用于任意指定的譜特征過程的時域模擬，且算法簡單直觀、理論基礎(chǔ)嚴密、數(shù)學意義明確、適用范圍廣。模擬統(tǒng)計參數(shù)可與目標很好的吻合，但計算量大。
3結(jié)構(gòu)動力時程分析
高聳結(jié)構(gòu)在隨機風荷載作用下，結(jié)構(gòu)的風振響應(yīng)可采用隨機振動理論進行分析。結(jié)構(gòu)在風荷載作用下的振動方程為:時域分析法包括振型分解法和直接積分法兩大類。振型分解法是以結(jié)構(gòu)的各階振型為廣義坐標，在模態(tài)坐標中將系統(tǒng)的運動方程解耦，逐個求出各階模態(tài)坐標的響應(yīng)，進而疊加原來確定結(jié)構(gòu)在物理坐標下的總響應(yīng)。直接積分法也稱為逐步積分法。最常用的直接積分法有Newmark－β法和Wilson－θ法。本文主要采用Newmark－β法進行計算。
4工程算例
筆者采用諧波疊加法，借助數(shù)值分析軟件MATLAB編寫、模擬了28個標高處，具有空間相關(guān)性的時程風速和時程風荷載曲線。本文僅列出中塔樓和天線頂端的時程風速、風荷載曲線，如圖3～6。等效節(jié)點風荷載與時程風壓、風荷載作用面積以及結(jié)構(gòu)體形系數(shù)有關(guān)。根據(jù)風荷載計算公式。筆者利用有限元軟件SAP2000對鋼塔結(jié)構(gòu)在時程風荷載作用下進行動力時程分析，得到位移、速度和加速度響應(yīng)，并利用MATLAB畫出了結(jié)構(gòu)的時程響應(yīng)曲線。圖7為塔樓處的位移和加速度時程曲線，圖8為天線處的位移和加速度時程曲線。
5結(jié)論
本文運用大型有限元通用軟件SAP2000分析了某電視塔在風荷載作用下動力響應(yīng)的具體實現(xiàn)過程。利用諧波疊加法，采用Davenport風速譜，模擬了脈動風速時程，再利用直接積分法中的Newmark－β法求解線性動力方程，得到了該塔的脈動風響應(yīng)，并對計算結(jié)果進行了分析，得到如下結(jié)論:動力計算時，風荷載作用在天線頂部處的順風向位移最大值為156.4mm，滿足GB50135－2006《高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中的要求。
隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展和隨機理論的逐步完善，人工模擬脈動風荷載被廣泛應(yīng)用于工程實際和科學研究中。它可以考慮場地、風、建筑物等客觀條件的任意性，用隨機過程的模擬方法進行模擬，為進一步的分析打下基礎(chǔ)。本文所介紹的幾種常用風荷載模擬方法以及高聳結(jié)構(gòu)在時程領(lǐng)域內(nèi)的風振響應(yīng)分析方法，能夠使相關(guān)人員更好地理解計算機模擬分析的理論基礎(chǔ)，從而在使用計算機進行高聳結(jié)構(gòu)風振響應(yīng)分析時更加得心應(yīng)手。
作者：曹麗珍單位：同濟大學建筑工程系