抗风荷载范文

抗风荷载范文（精选8篇）

抗风荷载 第1篇

本文以沿海地区某跨海桥为工程背景, 其主桥为三跨全预应力连续刚构桥, 跨径组成为95m+170m+95m, 主梁采用C55海工耐久混凝土, 箱梁采用单箱单室断面, 顶板宽11.8m, 底板宽6.0m。箱梁支点梁高10.5m, 跨中梁高4.0m, 梁底曲线为1.6次抛物线。主桥两侧各悬臂2.9m, 悬臂端部厚度20cm, 悬臂根部65cm。箱梁顶板全宽等厚, 为30cm, 底板厚30~130cm, 腹板采用直腹板, 腹板厚度50~70cm, 采用挂篮悬臂浇筑法施工, 最大悬臂长度为81.25m, 由于常年风力较大, 加之台风灾害频繁, 在悬臂施工阶段, 尤其是最大悬臂施工阶段对横向风荷载较为敏感, 刚度降低, 在风荷载的作用下在悬臂根部产生较大的内力, 需要验算悬臂根部的风载内力。

风荷载作用

风荷载标准值根据《公路桥梁设计通用规范》JTG-D60-2004规定计算:

横桥向风荷载假定水平的垂直总用于桥梁各部分迎风面积的形心上,

迎风面积在轴向的变化, 采用midas civil有限元进行计算,

按公式 (2) 计算:

V10为离地面或水面以上高度10m高度处, 重现期为100年10min平均最大风速 (m/s) 。本桥V10=45m/s.

Vd为设计基准风速 (m/s)

0k、1k、2k、3k、5k根据《公路桥梁设计通用规范》采用。

Midas civil模型各计算参数列于下表1。

作用于桥墩上的风荷载按地面或水面以上0.65倍的墩高处的风速值确定。经计算得:桥梁跨中的基准设计风压为4.1KN/m2, 悬臂根部的基准设计风压为4.05 KN/m2, 桥墩的基准设计风压为3.57 KN/m2。

施工阶段采用阵风荷载荷载加载, 加载方式:

在悬臂左右两端按相同的风压加载, 并按桥梁65%高度处的风速所产生的阵风荷载作用桥墩上, 计算桥墩底部和悬臂根部的弯矩和位移。

通过理论计算, 得出了桥梁各关键部位的风致内力和位移, 且风荷载对施工过程中长悬臂状态下的桥梁有一定的影响, 在大风天气, 一定要做好抗风防风工作, 为施工和控制提供了参考价值。

抗风措施

由于跨海桥所处地区风力较大, 且台风频繁, 在施工期间有可能遇到比较大的风力灾害, 所以在施工中做好预防保护措施非常有必要。通过收集和查阅国内外大量桥梁施工案例, 总结其实用有效性, 施工过程中采用了以下措施, 以保证工程进度和施工安全。

1.由于工期较长, 且所处地域台风频繁, 台风为季节性风, 所以长悬臂施工和合拢期尽量避开台风频繁季节, 这是抗风最直接最为有效, 且具有战略意义的措施。

2.在临近最大悬臂状态时, 用钢桁梁将边、中跨两端进行刚性连接, 成为一个整体, 增加了悬臂段的刚性和稳定性。

3.在悬臂逐渐加大的过程中, 用缆索将悬臂端部和桥墩承台进行连接, 阻止风力对悬臂端部的抖动和位移。

4.在双薄壁墩之间用型钢连接, 提高墩部和整个桥的抗扭能力, 用缆索将墩顶和地面或承台锚固, 增强大悬臂状态下桥梁的横向抗弯能力, 减小墩底的弯矩。

结语:文中介绍了利用有限元计算大跨径连续刚构桥大悬臂状态在静风荷载作用下内力和变形的方法, 对跨海桥进行了计算, 得出了大悬臂状态下的内力和位移, 而后针对大跨径大悬臂施工又提出了一些抗风的建议和措施, 对大悬臂施工具有参考价值和指导意义。

摘要：近几年大跨度连续刚构桥是桥梁建设的一个热点, 连续刚构桥以其预算成本低, 施工工艺成熟, 养护费用少, 行车舒适等特点成为一种具有较强竞争力的桥型。随着大量的连续刚桥出现在国内的桥梁建设中, 在施工中存在一些问题, 例如施工中出现裂缝, 线形控制有偏差, 而风荷载就是其中重要原因之一, 尤其是一些地区常年伴随大风天气影响, 或季节风, 将会严重影响施工的进度和施工的质量, 所以很有必要对施工中的长悬臂状态进行风荷载分析。

关键词：连续刚构桥,静风荷载,长悬臂

参考文献

矩形渡槽风荷载研究 第2篇

渡槽是一种重要的水工建筑物,由于其具有结构相对简单,施工方便,输水能力大,造价比较低等优点,在我国各地有着广泛的应用。渡槽的槽体部分也有多种不同的形式,但最具代表性的是矩形和U形槽体。我国近30年来发生渡槽风毁事件十多起[1],给农业和水利造成严重的损失。但对于渡槽抗风问题的研究比较少,因此,在渡槽的设计中其风载体形系数一般是参考建筑结构的风载体形系数来取值,这同渡槽槽体的实际情况有差别,与渡槽槽体内是否有水差别就更加大。由于渡槽槽体形状比较特殊,而测量类似形状结构模型风压的风洞试验也比较少见,所以难以确定其风压的分布。为了比较准确的测定渡槽槽体部分的风压系数和风载体形系数,作者对矩形渡槽内部分隔不同且是否过水的几种工况进行了数值模拟,并分析渡槽不同部位的风压系数和整体体形系数,给渡槽的设计提供了一些有益的参考结论。

1 计算模型

矩形渡槽的断面如图1所示,有三种不同的断面形式,对槽体内是否过水和其中一个槽过水的几种工况分别进行了数值模拟,举例说明渡槽B各工况的划分,见图2,其他工况的划分类似。

将外部流场分三角形结构网格划分,为保证模拟精度,同时节省计算机时,对渡槽表面及其附近的网格进行加密,并往外逐渐增大网格,共划分体网格约30万个。工况3的网格划分如图3所示,限于篇幅,其他工况不一一展示。计算域的入流面选用了速度入口(velocity inlet),平均风速为17 m/s的均匀风场,湍流度取为18%。大气边界层中湍流积分尺寸为100 m。

2 数值模拟结果分析

根据式(1)可以计算得出矩形渡槽槽体在不同工况时的风载体形系数(阻力系数)μs,见表1。

其中,αi为i测压点的方向同来流方向的夹角;Ai为i测压点所对应的面积;μPi为i测压点的风压系数。

从表1中可以看出,各工况的整体风载体形系数相差很小,说明在流场和渡槽高宽比相同的条件下,不论渡槽内部如何分隔,各槽是否过水,其总体的体形系数基本相同。限于篇幅,图4仅展示了三种分隔的渡槽未过水时流场的静压分布图,从图4中可以看出:1)各工况外部流场的平均风压系数很接近;2)空槽时,槽内两侧壁的风压也基本一致,但方向相反,说明空槽内的压力处于自平衡状态,对渡槽的整体风载体形系数影响不大,这与文献[2][3]根据风洞试验得出的结论一致。

3结语

由以上分析我们可知:渡槽的阻力系数主要是由渡槽迎风面和背风面的风压引起的;无水的空槽内形成了空腔流,使得其两侧壁的风压是相等的,属于内力系统,在整体风载计算时可以不考虑;槽内是否过水对矩形渡槽的整体风载体形系数影响很小。

摘要：采用数值模拟的方法对矩形渡槽的风荷载进行了分析,计算了不同工况下渡槽的整体风载体形系数,模拟结果表明,外形是影响渡槽整体风载体形系数的关键因素,研究结果可为渡槽的抗风设计提供参考依据。

关键词：矩形渡槽,数值模拟,风荷载

参考文献

[1]李遇春.渡槽风工程研究[R].上海:同济大学博士后研究工作报告,2001.

[2]李正农,楼梦麟,宋锦忠,等.渡槽槽体结构风载体形系数的风洞试验研究[J].水利学报,2000(9):15-19.

抗风荷载 第3篇

近年来，在实际的施工过程中，我们不难发现，钢结构逐渐在房屋的建设过程中日益凸显出绝对的优势，其不仅减少了对环境的污染和对资源的浪费，还大大提高了建筑的工作质量和运行效率，因此，如何有效的对整个工作的流程进行合理的优化和完善，有效的把控相关受力物体的受力状态，进而更为有效的保证建筑物的稳定性，对于整个建设工程的发展而言具有重要的意义。本文以干混结构搅拌楼( 整体结构仅对主机层，计量层和屋面结构来建模做分析) 为例，针对搅拌楼主楼钢结构动力进行有限元分析，将计算与分析结果总结如下。

1 干混搅拌楼概述

干混搅拌楼( 本文以阶梯式结构为例) 主要的构成系统包括散装系统( 或包装系统) 、搅拌系统、计量系统、输送系统、暂存系统、除尘系统等等，当然这其中包含着一些相关的附属设施。通过搅拌楼的设置，有效的提高搅拌的`均匀性和搅拌的运行效率。这种搅拌楼的应用能够对整个工程的施工质量、进度和成本的控制创建了更为积极的保证因素。而我们在实际的施工中会发现，很多搅拌楼都是采用钢结构来进行建设，因此，为了保证其能够有效的施工和使用，我们必须对相关的钢结构的受力状况进行科学的分析。

2 搅拌楼钢结构载荷施加

干混搅拌楼实际运行中，主楼载荷作用力的构成包括主楼构件自重、搅拌机/卸料斗重量、料仓各原料重量、以及风静载这几个方面。主楼中各构件自重等重力载荷均以重力载荷的方式施加于主楼结构上，主要动荷载则主要来源于提升机出料口落入料仓中所产生冲击作用力，搅拌机自身震动作用力，以及各种原料落入搅拌机中所产生冲击作用。上述动载荷根据动荷载系数折算为静载施加于相应支撑点。另在对搅拌楼主楼屋顶载荷以及风载进行处理时，应关注如下问题:

( 1) 针对搅拌楼主楼屋顶载荷作用力的处理: 干混搅拌楼主楼屋顶载荷以构件重力为主。另，搅拌楼屋顶多选用0.4 – 0.6mm 厚度的屋顶用压型彩钢板，此处计算取0.6，彩钢板1. 0m 宽度对应惯性矩作用力为13. 85cm4 /m，等但在输入钢板截面参数时，仅能够给定厚度，无法输入惯性矩作用力。因此，在处理屋顶载荷作用力时，还应当参考钢板惯性矩作用力计算彩钢板在刚度相同条件下的等效厚度。其中，惯性矩作用力的计算方式如下: Iy = bh3 /12; 式中Iy为1. 0m 宽彩钢板对应惯性矩作用力( 取恒定值) ，b 为彩钢板宽度( 取值为1. 0m) ; 经计算等效厚度取值为11. 85mm。虽然该情况下刚度达到等效，但实际上造成了重量的增加，因此还需要抵减多计算的11. 25m 厚度重量。因此还需在搅拌楼屋顶面上增加一个向上压强作用力用以抵消重量。经处理后总压强为866. 0Pa，垂直屋顶面压强为852. 0Pa，屋顶面内压强作用力为150. 0Pa;

( 2) 针对搅拌楼主楼风载荷作用力的处理。针对主楼风载荷作用力的计算方法如下: Pw = CKhQA; 式中: Pw为搅拌楼主楼风载荷作用力( 单位为N) ，C 为风力系数( 取值为1. 2) ，Kh为风压高度变化系数( 根据主楼高度取值，以1. 2 为例) ，为风向垂直迎风面积( 单位为m2 ) ，Q 为计算风压( 单位为N/m2 ，参考风力等级以及风速进行计算) 。经计算总风压作用力为142430N。在此基础之上，将该风压作用力施加于干混搅拌楼主楼某一侧面两侧支柱上，参考单个支柱长度计算单位长度梁体结构受力。本文中仅针对干混搅拌楼主楼主要钢结构进行分析，料仓及物料重力作用力以集中力方式施加于连接支腿上，搅拌机以及内部相关原料则以重力载荷方式施加于搅拌楼主楼相应支座上。主楼载荷施加于主楼结构上，并对支腿以及与地基基础连接部位的自由度进行整体约束。

3 计算结果分析

经有限元分析，干混搅拌楼主楼主要钢结构单元的最大应力数据如下表1 所示，最大位移数据如下表2 所示。结合表1、表2 相关数据来看，干混搅拌楼主楼主要钢结构单元的最大应力均不大，安全系数多在20 以上，主要原因是上述面单元均以铺地钢板以及屋顶钢板为主，载荷作用力以自身重力为主，且上述构件多发挥的是支承与连接作用。但搅拌楼的各个部分梁体单元的最大应力较高，第1 ～ 3 层以及地层最大应力出现在第2 层支腿部位，主要原因是: 搅拌楼主楼第2 层以上载荷作用力全部施加于第2 层支腿部位，且第2 ～ 3 层支腿材料与尺寸完全一致，但底层与第1 层支腿材料虽然一致，但尺寸明显增加，因此导致最大应力在第2 层支腿部位大量集中。搅拌楼计量/暂存仓部位的最大应力则集中在搅拌楼主楼与相关暂存仓连接方向斜支承部位，主要原因是该部位受料仓重力载荷的影响，加之该部位斜支承尺寸不大，进而导致出现较大的位置应力。同时，在满载荷作用力影响下，搅拌楼主楼主要钢结构节点位移不均衡，部分区域位移大，但相对位移以及相对应变均较小。面单元安全系数大，但多仅受到自重作用力的影响，其他载荷对安全系数的影响不大。各部分最大节点位移和最大应变不一定在同一位置，这是因为节点位移是各节点位移的累积效果，但是各单元最大应变和最大应力位置是一致的。同时通过有限元计算值与实测值的比较可看出，计算值普遍略大于实测值，主要原因是: 在对搅拌楼主楼钢结构单元载荷作用力进行实际计算时，各载荷均取上限值进行计算。但相对误差偏小，因此提示主楼主要钢结构单元的有限元力学分析结果与实际测试结果基本一致。

4 结束语

承重支模架风荷载计算分析 第4篇

关键词：支模架,风荷载,强度,稳定性,模型

0 引言

风荷载是承重支模架设计的重要影响因素之一,经过多年的理论和实践研究,关于承重支模架风荷载的计算分析已形成了比较成熟的计算模型和计算方法,现行相应的规范都对此进行了详细阐述,但同时也存在较大的争议,主要集中在以下两个方面。

1)风荷载体型系数的取值。风荷载对于承重支模架立杆的作用主要集中在两个方面:一是对单根立杆的水平风荷载引起的弯矩作用;二是对整体架体的水平风荷载引起的立杆附加轴力的作用。这两种不同作用应考虑采用不同的风荷载体型系数。

2)风荷载引起的立杆附加应力的计算。风荷载对架体产生整体倾覆作用,如果没有相应的抗倾覆措施,将会引起立杆轴力的显著变化,此附加应力的计算模型及相应的计算方法一直是承重支模架设计关注的重点和难点。

总结以往承重支模架风荷载计算的研究成果,依据承重支模架搭设布置情形,模拟风载荷作用下的实际受力状态,建立合理、有效、简洁的计算模型和计算方法,是承重支模架设计必须解决的问题。

1 风荷载对承重支模架作用分析

承重支模架架体是由立杆、水平杆和剪刀撑用不同形式的连接件互相连接而成的空间桁架结构体系,当风荷载水平作用到架体上时,引起各杆件的内力变化,由于水平杆和剪刀撑等杆件产生的内力较小,可以忽略影响,故在承重支模架的设计中风荷载的作用只考虑立杆的内力变化(见图1)。

1.1 单根立杆的风荷载作用

风荷载水平作用到架体上时,迎风面立杆首先承受风荷载的水平作用,由于承重支模架架体一般都是敞开式的,并且剪刀撑、水平杆、连接件等构件承受的风荷载都集中到立杆与水平杆连接的节点上,此处的集中力对于立杆的弯矩不产生影响,故单根立杆只需考虑立杆本身承受风荷载水平作用下产生的弯矩。

1.2 整体架体的风荷载作用

当承重支模架架体没有相应的抗倾覆措施时,在风荷载水平作用下,形成倾覆力矩,从而对立杆产生附加轴力作用,并且在背风面最靠外边的立杆中,附加轴向压力出现最大值。对于野外搭设等特殊条件下的高承重支模架,风荷载产生的立杆附加轴向压力不可忽视。

风荷载作用下承重支模架立杆强度和稳定计算时,应同时考虑风荷载引起的单立杆弯矩作用和架体整体倾覆产生的立杆附加轴力作用。

2 单根立杆的风荷载作用计算

2.1 风荷载

承重支模架每一根立杆单独分析,主要决定于立杆本身的迎风面积。虽然由于立杆与水平杆和剪刀撑的连接方式影响,其节点处面积相应增大,但是相应节点处一般考虑为理想铰支座,此处受到的集中荷载对立杆不产生弯矩作用,故可以不考虑节点处的面积增大效应。

根据《建筑结构荷载规范》GB500092012,风荷载标准值:

式中:μs是风荷载体型系数;μz是风压高度变化系数;ω0是基本风压值,取重现期n=10年时对应的风压值。

单立杆受风荷载计算分析时,其体型系数应根据圆形钢管局部计算时的风荷载体型系数取值,即μs=1.0。

2.2 计算模型

将立杆认可为以步距为跨度的三跨连续梁进行受力分析,支座处负弯矩取最大,即风荷载作用下产生的立杆最大弯矩标准值;风荷载作用下产生的立杆最大应力标准值,式中:h为步距;d为立杆外径;W为截面抵抗矩。

为简化计算,保证承重支模架的安全稳定,可统一取架体顶部的风荷载标准值进行计算。

2.3 计算分析

从上述的计算模型分析可知,承重支模架受风荷载作用下单立杆计算时的应力值主要与立杆截面性质、步距和风荷载标准值等相关,应力值与风荷载标准值成正比例线性关系。风荷载标准值又由风压高度变化系数和基本风压值决定。

利用常采用的搭设方式进行计算分析,立杆采用Φ483.0钢管,基本风压值取0.2,0.3,0.4kN/m2,风压高度变化系数取1.0,步距取1.5,1.8m,荷载计算结果如表1所示。

从上表可知,单根立杆承受风荷载作用产生的应力较小,对于实际结构的影响可以忽略。

3 整体架体的风荷载作用计算

3.1 受力模型分析

承重支模架架体和架上的模板承受风荷载作用后,对支模架整体产生倾覆力矩,倾覆力矩主要由立杆支座处的竖向反力抵抗,从而引起立杆轴力的变化。风荷载引起的立杆附加轴力与其他荷载引起的立杆轴力进行组合分析(见图2)。

当承重支模架迎风面的最外边立杆的轴力为0时,架体处于临界状态,此时,立杆轴力呈三角形分布,由风荷载引起的立杆最大附加轴向压力在背风面的最外边立杆,其值是其他荷载引起的立杆轴力之和。

对于整体结构,由于承重支模架立杆是直接放置在底座上的,没有特殊的连接措施,相当于立杆支座反力只能产生向上的支撑力,不能产生向下的拉力,即立杆只承受轴向压力,不承受轴向拉力。因此认为,风荷载本身是不能对承重支模架整体产生竖向力作用的,只能对架体承受其他荷载的立杆轴力产生重新分配的作用。此时,承重支模架整体结构满足水平、竖向和弯矩的三向平衡条件。

3.2 风荷载体型系数

依据《建筑结构荷载规范》,模板体型系数:μsm=1.3。

架体应考虑节点的截面增大作用及水平杆和剪刀撑的风荷载影响。架体的挡风系数:,式中:1.2是面积增大系数;An是一步一纵距内钢管的总挡风面积,An=(la+h+0.325lah)d;la是立杆纵距;h是立杆步距;d是钢管外径;0.325是架体立面每m2内剪刀撑的平均长度。

架体是多榀桁架结构,圆管整体计算时的体型系数μs=1.2;单榀桁架的体型系数:μst=φμs;多榀桁架的整体体型系数:,式中:η为计算系数(见表2);n为立杆列数。

注:lb是立杆横距;h是立杆步距

3.3 附加轴力计算

模板风荷载标准值:ωkm=μsmμzω0;架体风荷载标准值:ωkz=μstwμzω0。为简化计算,统一取架体顶部的风压高度变化系数。水平风荷载对承重支模架整体作用如图3所示。

风荷载引起的承重支模架倾覆力矩,取一跨距为计算单元:

式中:Hm,H分别是承重支模架模板高度和架体高度;la是立杆纵距。

当立杆等间距布置时,由整体分析图推导出风荷载引起的立杆最大附加应力:

式中:n为立杆横向跨数;B为架体宽度;φ为考虑架体整体稳定的立杆轴向受压稳定系数;A为立杆截面积。

3.4 实例分析

在承重支模架的设计过程中,架体高宽比是制约承重支模架安全稳定的重要因素。模拟工程中常见承重支模架的搭设情形,进行风荷载引起的立杆附加轴力计算,计算分析条件如下:立杆采用Φ483.0,纵距与横距均为900mm,步距取1 500和1 800mm,架体高宽比分别为1,2,3,4,5,桁架榀数为7,模板高度为0.8m,架体宽度为5.4m,架体高度分别为5.4,10.8,16.2,21.6,27m,基本风压取0.3kN/m2。由此得出的立杆最大附加应力如表3所示。

MPa

将风荷载引起的立杆最大附加应力、最大附加轴力和对应的高宽比对比分析,如图4,5所示。

承重支模架由风荷载引起的附加轴力和附加应力随高宽比的增大而增大,和高宽比呈二阶的多项式关系。立杆步距1.5m和1.8m时附加轴力相差不大,附加应力相差较大,立杆步距1.5m的附加轴力比1.8 m的稍大,附加应力相反,主要是由于步距通过挡风系数进而通过风荷载体型系数对附加轴力产生影响,但是对于立杆稳定验算时,步距还会对立杆轴心受压稳定系数产生较大的影响。

4 结语

风荷载是承重支模架设计时不可忽视的重要因素承重支模架主要是由立杆、水平杆和剪刀撑等连接而成的架体和上部模板组合的体系,目前对承重支模架的风荷载作用讨论主要集中在两个方面:①不同计算情形时的风荷载体型系数;②整体稳定性分析时风荷载引起的立杆轴力变化。

单根立杆强度计算时可不考虑水平杆和剪刀撑以及节点连接增大效应的影响,主要是由于水平杆和剪刀撑以及节点连接增大效应等因素承受的风荷载作用在节点上,对立杆本身不产生弯矩作用。经验证,单根立杆在风荷载作用下的强度计算在承重支模架设计过程中可以忽略。

对于整体结构,由于承重支模架立杆是直接放置在底座上的,没有特殊的连接措施,相当于立杆支座反力只能产生向上的支撑力,不能产生相下的拉力,即立杆只承受轴向压力,不承受轴向拉力。因此认为,风荷载本身是不能对支撑架整体产生竖向力作用的,只能对承重支模架承受永久荷载和可变荷载的立杆轴力产生重新分布的作用。

整体稳定性分析时,风荷载体型系数应考虑多榀桁架结构的影响。风荷载作用引起立杆附加应力随架体高宽比的增大而增大,在野外搭设、无可靠水平连接等特殊条件下,其影响不可忽视。

参考文献

[1]JGJ130-2011建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规箍[S].北京:中国建筑工业出版社.2011.

[2]JGJ231-2010建筑施工承插型盘扣式钢管架体安全技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社.2010.

[3]JGJ166—2008建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社.2008.

[4]JGJ128-2010建筑施工门式钢管脚手架安全技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社.2010.

[5]JGJ162-2008建筑施工模板安全技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社.2008.

[6]GB50009—2012建筑结构荷藏规范[S].北京:中国建筑工业出版社.2012.

脉动风荷载时程数值模拟研究 第5篇

风荷载是结构设计时所需考虑的一类重要的随机动力荷载。与地震作用相比, 高层、超高层建筑、高耸结构、大跨度结构等在风荷载作用下的效应, 对结构的安全性和适用性甚至起着决定性的影响。在结构设计计算考虑风荷载时, 除了在平均风作用下对建筑结构进行静力计算外, 有时还需对脉动风荷载下建筑结构的动力响应进行分析[1]。对于重要的结构, 通常采用风洞试验的方法来测试其动力响应, 但风洞试验方法耗时耗资巨大, 目前尚无法在工程设计分析领域中普遍使用。而通过计算机模拟脉动风荷载, 可以很好地帮助工程人员掌握实际工程结构的风振特性。事实上, 考虑到在实际的大气边界层紊流风场中, 脉动风速不仅是时间的函数, 而且随空间位置而变化, 是一个随机场, 数值模拟方法反而比实际记录更具有代表性, 因而在实际工程中被广泛使用[2,3,4,5,6]。

1 风场的基本特性

大气中气流的运动形成风。根据大量的风场实测资料可知, 在风的顺风向时程曲线中包含脉动风和平均风两部分。平均风周期通常在10 min以上, 对建筑结构的作用可按静力考虑, 而脉动风周期通常只有几分之一秒, 且其速度和运动方向在时空上随机, 会引起建筑结构的随机振动响应。通常用功率谱和相关函数这两个函数来描述脉动风。

1.1 常用风速功率谱

脉动风的风速功率谱主要反映脉动风中各种频率成分对应的能量分布规律。按方向可分为水平脉动风速功率谱和垂直脉动风速功率谱, 目前使用最广泛的是水平风速功率谱, 其中Davenport谱[7]、Harris谱[8]不考虑湍流积分尺度随高度的变化情况, 而Simiu谱[8]、Hino谱[9]、Kaimal谱[8]等考虑了近地表层不同高度时湍流积分尺度的变化。

上述各种常用水平风速谱的表达式见 (1) 式至 (11) 式, 其中Davenport谱也是GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》[10]采用的水平脉动风谱。

Davenport谱:

Harris谱:

Simiu谱:

当c>0.2时, 取:

Hino谱:

Kaimal谱:

式中:Sv (f) 及Sv (z, f) 为脉动风速功率谱, m2/s;f为脉动风频率, Hz;分别为z和10 m高度处平均风速, m/s;v*为摩擦速度;k和α为表示地表粗糙度情况的参数, k1一般取常数0.475 1。

1.2 脉动风相关性

在紊流风场环境中, 各点之间的风速大小及风向并不完全一致, 甚至是完全无关的。脉动风在不同时间和空间上的相关程度, 在时域上采用相关函数、在频域上采用相干函数来描述。

相关函数分为自相关函数Rxx (τ) 和互相关函数Rxz (τ) 。为了更直观了解风场各点之间相关性的大小, 引入自相关系数ρxx (τ) 和互相相关系数ρxz (τ) :

式中:σ和表示相应随机变量x和z的均方根和平均值。

在频域上采用相干函数Coh (r, f) 来表示空间点之间的相关程度, 对于高层建筑那样需要同时考虑高度和宽度方向的情况, Davenport A G曾给出Coh (r, f) 指数形式的经验公式[11]:

式中: (x1, z1) 和 (x2, z2) 是脉动风场任意两点的水平和竖向坐标;v- (z) 为高度处的平均风速;f为脉动风频率, 一般取cx=16, cz=10。

2 脉动风时程数值模拟方法

多年以来, 众多学者针对前述脉动风速功率谱, 从不同的角度用随机过程方法模拟脉动风荷载时程, 且满足了样本采集上的统计特征, 在实际的工程应用中被广泛采用。脉动风荷载的模拟方法大体上可分为两类, 即线性滤波法和谐波叠加法。线性滤波法是基于线性滤波技术的一种方法, 如自回归法 (AR) 、滑动平均法 (MA) 和滑动自回归平均法 (ARMA) ;谐波叠加法是基于谱分解和三角级数叠加求和来模拟脉动风时程, 如常数波叠加法 (CAWS) 和加权波叠加法 (WAWS) 。

2.1 线性滤波法

线性滤波法也称为白噪声滤波法或时间系列法, 其基本思想是将均值为零的白噪声随机序列通过滤波器, 使其输出具有指定谱特征的随机过程。

若采用线性滤波法的ARMA技术, 在白噪声w (f) 激励下, 滑动自回归平均模型的输出为x (f) , 则模型输入及输出关系的时域表达可写成[12]:

式中:G为系统增益;ai及bi为模型待定系数。当ai=0时, 就成了MA模型;当bi=0时, 就是AR模型。

2.2 谐波叠加法[12]

谐波叠加法也称为频谱表示法, 这种方法算法简单直观, 数学基础严密, 其基本思想是采用以离散谱逼近目标随机过程的随机模型的一种离散化数值模拟方法。

如采用WAWS方法模拟多个相关脉动风速时程, 考虑一组n维零均值平稳随机过程:

该随机过程的互谱密度函数矩阵为:

式中:Sjj (f) 为自谱密度函数;Sjk (f) 为互谱密度函数 (j≠k) , 且j, k=1, 2, 3…n。

Sjk (f) 的表达式为复数形式:

式中:ch (f) 为相干函数, 其具体计算公式见 (14) 式和 (15) 式;φ (f) 为相位角。

φ (f) 的计算公式为:

显然, 互谱密度矩阵S (f) 是一个对称矩阵, 将其进行cholesky分解:

其中H (f) 为下三角矩阵, H* (f) 是H (f) 的共轭转置矩阵, 由于S (f) 通常情况下为复矩阵, 且不一定正定, 因此, H (f) 通常也是复矩阵, 其对角元素为实数, 非对角元素为复数, H (f) 的矩阵形式如下:

H (f) 中的元素具有如下关系:

式中:Im[·]和Re[·]分别为Hjk (f) 的虚部和实部。

根据Shinozuka理论, (17) 式所表示的随机过程向量y (t) 的样本可由 (24) 式来模拟:

式中:N为叠加谐波项数, 为保证模拟精度, 取充分大的正整数;, Δω为频率增量, ωmax和ωmin为截取频率的上限和下限, ωup为截取圆频率, 当ω>ωup时, S (f) =0;φkl为均匀分布于[0, 2π]的同一随机数。

根据众多的研究, 推荐fkl取值为:, 为避免 (24) 式的模拟结果失真, 时间t的增量Δt还必须满足, 则 (24) 式模拟的随机过程的周期为:。

3 结语

脉动风荷载时程的模拟是建筑结构风致振动控制仿真分析中非常基础且重要的一步, 多年以来, 国内外众多学者在相关方面做了大量的工作。本文介绍了近地表层风场的基本特性, 阐述了脉动风场模拟时的脉动风速功率谱和空间相关函数这两个特征参数。对实际工程应用过程中的两类脉动风时程数值模拟方法, 即线性滤波法和谐波叠加法的原理进行了介绍, 特别是对谐波叠加法模拟脉动风速时程的数学形成过程进行了较深入的研究。

参考文献

中国与印度规范风荷载对比 第6篇

印度风荷载规范IS:875 (part 3) -1987是由印度结构安全组织委员会制定, 国家工程学分会理事会通过批准后, 印度标准局采用的现行标准。

1 计算公式

1.1 中国《建筑结构荷载规范》

垂直作用在建筑物表面的风荷载标准值。

计算承重结构时为:wk=βzμsμz w0

计算围护结构时:wk=βgzμslμz w0

式中:wk为风荷载标准值 (kN/m2) ;

βz为高度z处的风振系数;

μs为风荷载体型系数;

μz为风压高度变化系数;

w0为基本风压 (kN/m2) ;βgz为高度z处的阵风系数;μsl为局部风压体型系数。

1.2 印度风荷载规范IS:

875 (part 3) -1987

设计风速Vz=Vb K1K2K3

离地面任意高度的设计风压pz=0.6Vz2

作用在建筑物上的风荷载作用力F=Cf Ae pd。

作用在独立结构构件 (屋面墙体和独立的围护单元和连接件等) 上的风荷载为:

式中:K1为概率 (危险) 系数, 为根据不同的风速区和设计年限确定的系数;

K2为地形、高度及建筑物尺寸系数, 为根据不同的地形类别、结构类别及高度确定的系数;

K3为地形条件系数;

Vb为基本风速;

Cf为力系数;

Ae为风荷载作用的有效面积;

pd为设计风压;

Cpe为外压系数;

Cpi为内压系数;

A为结构构件或围护单元的表面积。

2 基本参数

2.1 基本风速

中国规范。

离地面10m高, 空旷平坦地形 (地形粗糙度B类) , 重现期为50年的10min的最大平均风速。

印度规范。

离地面10m高, 地形类别2类, 重现期为50年的3s平均最大阵风风速。

从基本风速的定义上看, 仅时距取值不同;在各个国家的风荷载标准中, 标准时距会有不同;根据我国《建筑结构荷载设计手册》, 非标准时距平均风速与时距10分钟平均风速的换算系数β值是变异性较大的平均值, 可按下公式换算:

ν为时距10min的平均风速 (m/s) ;

νt为时距为t的平均风速 (m/s) ;

β为换算系数, 按表1取值。

不同时距与10min时距风速换算系数β, 表1。

根据ASCE/SEI 7-05Minimum design loads for building and other structures’附录图C6-4可得出不同风速时距的最大平均风速与一小时时距风速之间的关系;

附录图C6-4可得出不同风速时距的最大平均风速与一小时时距风速之间的关系;

根据图1可得:V3/V3600≈1.52

根据表1可得:V3600/V600≈0.94

3s时距与10分钟时距的换算关系为:V3/V600=1.520.94=1.4288, 取1.43。

2.2 基本风压

中国规范:基本风压w0=ρν2/2

取空气的密度ρ=1.25kg/m3

印度规范:离地面任意高度的设计风压pz=0.6Vz2。

2.3 地面粗糙度

中国荷载规范:对于平坦或稍有起伏的地形, 风压高度变化系数应根据地面粗糙度类别按规范确定;地面粗糙度可分为A、B、C、D四类。

A类:近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区。

B类:田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区。

C类:有密集建筑群的城市市区。

D类:有密集建筑群且房屋较高的城市市区。

印度规范:地形类别分为四类。

类别1:暴露在空旷地形上 (无或仅有少量的障碍物) , 周围建筑物平均高度小于1.5m, 包括空旷的海岸和平坦的无树木的平原。

类别2:敞开地形上障碍物比较松散, 建筑物高度在1.5m~10m之间。

类别3:具有大量密集障碍物的地形, 建筑物的高度在10m之内且有少量或无独立的高层建筑。

类别4:具有大量密集障碍物的地形。

印度规范场地类别的划分与我国荷载规范基本一致。

2.4 风荷载随高度变化

印度规范中考虑风荷载随高度变化采用系数K2对基本风速进行修正, 取值见表2; (K2为地形、高度及建筑物尺寸系数, 为根据不同的地形类别、结构类别及高度确定的系数) 。

建筑物的类别A、B、C为根据建筑物的尺寸划分。

类别A:结构或构件, 如围护、屋面等最大尺寸 (最大水平或竖向尺寸) 小于20m。

类别B:结构或构件, 如围护、屋面等最大尺寸 (最大水平或竖向尺寸) 在20m~50m之间。

类别C:结构或构件, 如围护、屋面等最大尺寸 (最大水平或竖向尺寸) 大于50m。

对山区建筑物:山峰、山坡、山间盆地、谷地等, 印度规范采用系数K3对基本风速进行修正来考虑地形的影响, K3为地形条件系数。中国荷载规范。

Note 1-Sce 5.3.2.2 for definitions of Class A, Class B and Class C structures.Note 2-Intermediate values may be obtained by linear interpolation, if desired.It is permissible to assume constant wind speed between 2 heights for simplicity.

考虑风荷载随高度变化采用风压高度变化系数μz对基本风压进行修正。

对山区建筑物 (山峰、山坡、山间盆地、谷地) 、远离海面及海岛的建筑物或构筑物, 需对风压高度变化系数进行修正。

2.5 重要性系数

印度规范。

对单独的荷载工况取重要性系数, 风荷载的重要性系数通过系数K1考虑对基本风速进行修正;K1为概率 (危险) 系数, 为根据不同的风速区和设计年限确定的系数, 详见表3。

中国规范。

对荷载效应组合的设计值统一取重要性系数:对安全等级为一级 (破坏后果很严重的重要的建筑物) 或设计使用年限为100年及以上的结构构件, 不应小于1.1;对安全等级为二级 (破坏后果严重的一般的建筑物) 或设计使用年限为50年的结构构件, 不应小于1.0;对安全等级为三级 (破坏后果不严重的次要的建筑物) 或设计使用年限为5年及以下的结构构件, 不应小于0.9;在抗震设计中, 不考虑结构构件的重要性系数。

2.6 体型系数

印度规范通过Cpe (外压系数) 、Cpi (内压系数) 、Cf (力系数) 来表示不同结构体型对风荷载的影响;与中国规范不同的是需考虑结构高宽比及长宽比来确定。《建筑结构荷载规范》对此无没有考虑, 在《高层建筑混凝土结构技术规程》中对矩形平面考虑了高宽比的影响。

关于内压系数, 对封闭式建筑物, 按外表面风压的正负情况取-0.2和0.2, 印度规范与我国规范是一致的;但对局部开孔的建筑物印度规范考虑了不同的内压系数我国规范对此无说明。

2.7 动力响应

中国规范:对于高度大于30m和高宽比大于1.5的房屋和基本自振周期T1大于025s的各种高耸结构以及大跨度屋盖结构应考虑风压脉动对结构发生顺风向风振的影响, 采用风振系数来考虑。对圆形截面的结构应对不同雷诺数的情况进行横风向风振 (漩涡脱落) 的校核。对非圆形截面的结构, 横风向风振的等效风荷载宜通过空气弹性模型的风洞试验确定。

印度规范:对于高宽比大于5.0或第一振型自振频率小于1.0Hz的结构应该考虑风荷载引起的动力效应;规范中介绍了阵风效力系数方法计算顺风向的荷载。

3 结语

(1) 中国规范与印度规范不同间距的风速可进行转化, 以方便工程设计。

(2) 风压高度变化系数, 印度规范考虑对风速进行修正, 中国规范对基本风压进行修正。两国规范的地面粗糙度的定义基本相同。

(3) 风荷载体型系数, 印度规范规定较为复杂, 根据建筑物外形的具体尺寸规定了不同的取值, 而中国规范对常见的外形明确了体型系数, 应用比较方便。

(4) 对需要考虑风振影响的计算范围两国规定不同。中国规范对顺风向的风振简化采用风振系数来考虑, 应用方便。

摘要：随着国外项目工程的增加, 了解国外规范与中国规范的差异对工程设计是有必要的。本文论述了印度风荷载规范IS:875 (part 3) -1987与中国《建筑结构荷载规范GB 50009-2001》风荷载计算的差异, 为以后工程设计提供参考。

关键词：风荷载,风速,对比

参考文献

[1]GB50009-2001, 建筑结构荷载规范[S].2006.

输电线路杆塔结构风荷载分析 第7篇

关键词：输电线路,杆塔结构,风荷载分析

目前我国高压电网的建设不断发展和相同塔回来的线路、紧凑型线路、大型导线等输电新技术的应用、输电线路杆塔结构形成大荷载、大规模的趋势越来越明显。输电线路杆塔结构是重要组成部分、是安全线路稳定运行的基础。风荷载是输电线路杆塔结构主要荷载之一, 尽管它作用幅度比一般地震荷载小, 但它的作用频繁与地震荷载相比要高得多。这些输电线路杆塔都是有出现在一定的高度半空, 风荷载计算分析变得越来越重要。输电线路杆塔结构的安全性和可靠性直接关系到输电线路运行的安全。本文侧重于设计和计算高压输电线路杆塔结构风荷载进行分析。

一、风荷载对输电线路杆塔的影响

1风的速度会产生结构位移

风的作用是紊乱、无规律的, 有确定值的风荷载规范适用于体形较规则、高度不高的高层建筑, 而低于一定高度高层建筑风荷载值可按照规范方法进行计算风荷载值, 只要适量加大风荷载数值的方法来衡量动力效应, 而风荷载仍然作为静力荷载来进行计算结构本身内力和位移, 但对于硬度不是强的高层建筑, 随着建筑物体的高度增加, 而风的效应也会加大, 位移增加过快因而引起的动力效应这时就不能忽略不计了。考虑动态效应的影响, 就要用经验公式来估算顶点的速度效果。由于输电线路杆塔所支撑的电线和上面的结构所处位置较高, 加上电线本身重力和拉力也不小, 也通过风洞试验来确定风的动力反应以及风荷载作用风来补充规范不足。

2风作用下输电线路杆塔的刚度影响

在设计输电线路杆塔结构时应考虑对于一般的风暴的作用下结构一样可以正常使用, 即是要求结构在弹性和小位移状态, 风可以有一定的角度变化, 如-10度至+10度, 杆塔结构除了受到水平拉力、向上、向下的坚向力, 风荷载设计主要基于输电线路杆塔结构承载力的设计, 对一些所处高度的输电线路杆塔, 并确保在一般较小型风荷载处于一个良好的状态, 当输电线路杆塔加速度小于0.005g本身结构是不受影响的, 当加速度大于0.015克的输电线路杆塔才有微小结构弹力作用, 当强风导致路杆塔的加速度比较大时, 容易造成结构破坏, 这样可以通过路杆塔个别安装阻尼器或增加纵向结构来提高其刚度。

二、输电线路杆塔结构的风荷载

输电线路杆塔作为国家电力体系一个重要的环节, 保证它在工作维持正常状态有着非常重要的意义。输电线路杆塔是一个典型高耸结构, 多数处于荒山野岭, 风荷载在设计和计算中处于重要位置。输电塔结构复杂多样, 当前我国输电线路的建造荷载规范及设计并没有对本身所受的风荷载给出明确合理的计算规定。

输电线路杆塔是一种高柔结构, 在外力的作用下, 本身结构将会引起动力反应。而输电线路杆塔本身是无限自由度结构的, 但可将它简化成多个自由度体系。在脉动风载产生的动力反应是各个振型反应的概率进行叠加, 风的特点是很不规则的, 一般情况下它在周期为30s到60s之间, 有时几分钟或者再长些。这可以按静力方法去求各截面的内力, 而最后的总内力应该由各振型贡献所得。

1 有关输电线路杆塔结构风压的计算

在计算风压与风速的关系, 很多国家一般采用q。=V2/16 (风压单位为kgf/m, 而风速单位分别是m/s) 。

而一些采用英式单位的国家一般用q。=0.002558V2这个作为风压与风速的关系式, 常常写成q。=0.0025V2或是q。=0.0026V2, 这时采用风压单位为psf、而风速单位分别是mph。

在计算线路风压时美国、巴基斯坦采用的是q。=0.0025V2角钢塔平面组件则采用关系式q。=0.004V2。而加拿大安大略省电力局在计算线路风压时采用的是q。=0.003V2, 铁塔风压是使用q。=0.0065V2, 它是假定组件的平均风压适合高度300英尺以下, 来明确表示它的使用是一个阵风速度, 所以常用风速符号G来代表, 日本在计算风荷载时, 分为高温和低温两个季节, 前者假设根据夏季、秋季发生台风, 后者假设根据冬季和春季季风、高温和风压计算公式q。=V2/17.39, 低温季节的标准气压为高温季节的一半。

2 在输电线路杆塔结构最大风的时距

瞬间风速和平均风速, 取哪个是在结构设计方法时最重要的问题。目前两个计算方法在世界都会出。所谓的瞬间风速, 实际上是一个非常短的时间内平均的风速。国际术语往往使用阵风风速。气象站提供的阵风速是根据使用的不同特征的风速计。是指2s, 5s术语或10s平均最大风速。每个国家地区最大风速取值不是很一致当, 在一些国家, 不同的电力企业采用的标准也不同。如一些国家电气安全条例 (NESC) 显示所有类型的基本风压载荷区域, 从风压力值和设计方法、相应的风速来看是一个长间隔的平均风速。

3 输电线路杆塔结构风向变化系数

当风向和线路成正交方向时作用在线路本身的风压要乘以线路体型系数μSC即空气动力系数, 即物体形状对风的阻力系数。当风和线路之间的角度为θ, 根据测试只能生成正交方向的风压力、风压大小是正交时的sin2θ, 称为风向变化系数。实际上造成的方向不同的风压变化也落在形状系数范围内、荷载计算基本风速条件下当θ按0°、45°、60°、90°。

4 风荷载的比较

在设计标准方面上, 对输电线路杆塔结构设计标准来进行比较, 通过换算对比方法, 从宏观上作出相应的判断。第一, 是大风时距和概率的转换。比较风载荷, 转换关系是随不同的位置, 风样本而不同的。第二, 风压弯矩比t的假定。在风荷载比较计算时, 假设线路和避雷线风压对地面的弯矩占总弯矩的60%时, 塔弯矩的风压力对表面的为总弯矩40%时, 塔填充率根据0.2计算。第三就是比较结果。根据收集到的数据, 还要作必要的概率和大风时距换算, 计算标准的空气压力对路线杆塔地面的总弯矩, 考虑路线杆塔容许应力和安全系数等进行对值。

结语

风荷载是输电线路荷载设计其中一个最重要的负荷, 是对塔结构和项目成本往往有着决定性的影响。假设在各个国家的风荷载假定都是不统一的, 差异也不小。但是了解和研究国外输电线路设计的风荷载, 取其精华去其糟粕, 尽量学习和借鉴国外的先进技术和经验也是自身发展的一个途径。本文中估算公式是粗略进行输电线路杆塔结构风荷载的计算, 为输电线路杆塔结构风荷载计算提供参考。与输电线路杆塔结构的实际情况有一定的出入。

参考文献

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[4]Brenner CE, Bucher CG.Acontribution to the SFE-based reliability assessment of nonlinear structuresunder dynamic loading.Frob Eng Mech.1995

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[6]Chandler AM, Mendis, PA.Performance of rein for cedconcreteframesusing force and displacement based seismicassessment methods.Engineering Structures, 2000.

斜拉立体桁架结构的风荷载模拟 第8篇

斜拉立体桁架结构是一种有发展前途的大跨度杂交结构体系[1]。立体桁架具有以下特点:由空间立体交叉的杆件构成, 平面外刚度大 (与平面桁架比较) , 自成一稳定体系, 设置支撑较少;构造简单, 施工吊装比较容易;相当于整个节间抽空的四角锥网架, 耗钢量甚至比网架低, 经济效益好;节点自由度少, 计算简单。它的最大缺点是空间作用不强, 跨越能力受到一定的限制 (与网格相比) , 一般仅能达50～60m[2]将拉索与这种结构杂交在一起, 形成斜拉立体桁架, 增加了桁架支承点, 可大大提高跨越能力, 充分利用柔索抗拉强度高的特点, 克服了立体桁架跨越能力较差的缺点, 因此是一种较完美的大跨度杂交结构体系。

目前对于斜拉立体桁架的静、动力非线性性能分析、拉索预应力效应等问题已有一定的研究。然而像体育场看台挑蓬、入口雨篷等多采用斜拉悬臂结构, 风荷载有重要影响。当空气从气压大的地方向气压小的地方流动形成风, 气流一遇到经济结构的阻塞, 就形成高压气幕, 屋盖通常要受到前缘分离流的作用, 悬挑屋盖还要受到尾流的影响。风速愈大、对结构产生的压力愈大, 从而使结构产生大的变形和振动。屋盖风荷载的特性与水平荷载大不相同, 结构如果抗风设计不当, 或者产生过大的变形会使结构不能正常的工作, 或者使结构产生局部破坏, 甚至整体破坏。大型屋盖上脉动风作用的机理比较复杂, 目前, 我国规范[3]还未能对大型屋盖的动力风荷载计算出规定, 参考资料也比较少。近年来随着国家经济的迅猛发展, 此类比较轻、柔、高大的悬挑屋盖结构形式的建筑物投入使用的频率却越来越频繁。因此, 从工程设计的实际需求出发, 对斜拉立体桁架结构体系进行细致、合理的抗风性能研究是十分必要的。

在研究斜拉立体桁架结构在平稳高斯脉动风荷载作用下的情况进行模拟。

2 风速时程的随机模拟

2.1 谐波叠加法

谐波叠加法 (harmonysuperpositionmethod) 是由Shinozuka和Jan与1972年提出的, 也称三角级数法。其基本思想是采用以离散谱逼近目标随机过程的模型的一种离散化数值模拟方法。随机过程可以通过离散傅立叶分析变换, 分解为一系列具有不同频率和幅值的正弦或其他谐波。谱密度就等于由带宽划分的这些谐波幅值的平方。它的本质是一个随机过程可以用一系列具有随机频率的三角函数序列来模拟。风速时程模拟算法WAWS (Waveswith WeightedAmplitude) [4]是在谐波叠加方法上的发展。

设u (t) 为一个零均值平稳高斯随机过程, 根据Shinozuka理论, 随机过程u (t) 的样本可以由下式来模拟[5]:

其中为功率谱密度, Δω为频率增量即为截止圆频率, ωmax和ωmin为截取频率的最大值和最小值, 即当2πf>ωmax或2πF<ωmin时, S (f) =0;

N为充分大的正整数;

为均匀分布于[0, 2π]的随机数

根据Shinozuka等人的研究, 推荐fI按下式取值:, 由中心极限定理, 只有当, 式 (1) 模拟的随机过程才能满足u (t) 的渐进零均值高斯过程。

为了避免模拟结果失真, 出现周期性, N必须取得充分大, 时间增量Δt必须足够小, 需要满足式 (2) 条件: (2)

2.2 脉动风模拟

采用matlab对单个质点脉动风速进行模拟, 根据文献[3]可知, 取标准高度10m处平均风速为23.6m/s, 地面粗糙度系数k为0.03, 回归时间步长为0.ls。目标谱选取规范规定的水平风:Davenport谱。模拟结果, 如图1～2所示。

从图1和图2的图形中可以看到谐波叠加模拟法适用于任意指定的谱特征过程的时域模拟, 且算法简单直观、理论基础严密、数学意义明确、适用范围广。模拟统计参数可与目标很好的吻合。

3 斜拉立体桁架结构的风荷载模拟

本文以文献[5]的斜拉立体桁架结构为研究对象, 如图3所示, 跨度为90m, 高度为31.5m, 拉索采用平行钢丝束, 其中Fpy=1570MPa, 塔柱使用钢管混凝土格构式柱子, 采用Q 345B型φ85016焊接钢管, 在桁架结构中上弦采用Q 235B型φ27310无缝钢管, 下弦采用Q 235B型φ29912无缝钢管, 上弦平面横腹杆采用Q 235B型φ1808无缝钢管, 斜腹杆采用Q 235B型1686无缝钢管。取1和4点进行研究, 如图4所示, 其中10点高度31.5m, 1点高度29.25m。

采用matlab对多质点的脉动风速模拟, 根据文献[3]取标准高度 (10m) 处平均风速为23.6m/s, α=0.3, 地面粗糙度系数k=0.3, 叠加时间步长为0.1s, N取213, 截止频率为1Hz, 如图5～8所示。

4 结论

本风速时程模拟程序采用WAWS方法用Matlab语言编程, 通过对单质点风荷载的模拟以及对斜拉立体桁架上的代表节点1, 4模拟脉动风速时程并与目标谱对照。对脉动风速时程分别作相应的分析, 可知模拟谱与目标谱非常符合, 得出谐波叠加模拟法适用于任意指定的谱特征过程的时域模拟, 且算法简单直观、理论基础严密、数学意义明确、适用范围广, 模拟统计参数可与目标很好的吻合。说明采用谱波分析法模型模拟脉动风速时程的算法是有效的, 所编制的脉动风速时程程序是可行的。结果可以应用到斜拉立体桁架结构风振响应的分析中

摘要：斜拉立体桁架结构是一种有发展前途的大跨度杂交结构体系。对于此种空间结构而言, 风荷载是结构设计中的主要荷载之一。采用WAWS法, 对具有随机性的脉动风荷载进行有效的人工模拟, 并将求得结果与Davenport谱相比较。分析表明该方法可应用于斜拉立体桁架结构的风荷载模拟。

关键词：斜拉立体桁架结构,风荷载人工模拟,WAWS法

参考文献

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[2]蓝天.大跨度屋盖结构抗震设计[M].北京:中国建筑工业出版社, 2000.

[3]GBJ50009—2001, 建筑结构荷载规范[S].建筑工业出版社.

[4]张学安.体育场主看台悬挑屋盖结构的风荷载研究[D].浙江大学硕士论文, 2006.

[5]曹亮良.某车站雨棚斜拉立体桁架结构的静力有限元分析[D].西安建筑科技大学硕士论, 2008.

[6]张建民, 寇素霞.风荷载作用下钢管混凝土拱桥反应儿何非线性有限元分析[J].东北林业大学学报, 2005.

[7]项海帆, 林志兴.公路桥梁抗风设计指南[M].人民交通出版社, 1996.