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《結(jié)構(gòu)順風(fēng)向靜動(dòng)力風(fēng)》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、第四章結(jié)構(gòu)順風(fēng)向靜動(dòng)力風(fēng)荷載本章討論結(jié)構(gòu)順風(fēng)向靜動(dòng)風(fēng)荷載的基本原理和計(jì)算方法§4.1順風(fēng)向靜動(dòng)力風(fēng)荷載順風(fēng)向的風(fēng)速順風(fēng)向風(fēng)壓值上兩式中，帶—者為平均風(fēng)速和平均風(fēng)壓。作用于結(jié)構(gòu)物上的脈動(dòng)風(fēng)荷載，對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的動(dòng)力響應(yīng)與結(jié)構(gòu)物本身的動(dòng)力特性有關(guān)。當(dāng)結(jié)構(gòu)物剛性很強(qiáng)時(shí)，則脈動(dòng)風(fēng)引起結(jié)構(gòu)風(fēng)振慣性力不明顯，可略去，但需考慮脈動(dòng)風(fēng)的瞬時(shí)陣風(fēng)荷載。當(dāng)結(jié)構(gòu)物較柔時(shí)，除靜力風(fēng)荷載外，還應(yīng)計(jì)及風(fēng)振慣性力的大小，即風(fēng)振動(dòng)力荷載。工程上最關(guān)心的是結(jié)構(gòu)物安全的最大值。常用等效靜力風(fēng)荷載表達(dá)。W、P為具有某一保證率的總風(fēng)荷載。§4.2脈動(dòng)風(fēng)的主要特性一、湍流強(qiáng)度——高度處的湍流強(qiáng)度；——順風(fēng)向脈
2、動(dòng)風(fēng)速均方根值；——高度處的平均風(fēng)速湍流強(qiáng)度是地面粗糙度類別和離地高度z的函數(shù)，但它與風(fēng)的長周期變化無關(guān)，一般隨高度的增加相應(yīng)減少，而平均風(fēng)速則隨高度z的增加而增加，幫隨高度的增加而降低。二、湍流積分尺度湍流積分尺度又稱紊流長度尺度。通過某一點(diǎn)氣流中的速度脈動(dòng)，可以認(rèn)為是由平均風(fēng)所輸運(yùn)的一些理想渦旋疊加而引起的，若定義渦旋的波長就是旋渦大小的量度，湍流積分尺度則是氣流中湍流渦旋平均尺度的量度。式中，是兩個(gè)順風(fēng)向速度和的互相關(guān)函數(shù)，是和的均方根值。三、脈動(dòng)風(fēng)速譜VanDerHoven研究的風(fēng)速譜。由VanDerHoven測得的風(fēng)譜1、達(dá)文波特風(fēng)速譜達(dá)式風(fēng)速譜的通用功
3、率譜表達(dá)式如下：式中——脈動(dòng)風(fēng)速功率譜；——地面粗糙度系數(shù)；——z高度處的平均風(fēng)速；——脈動(dòng)風(fēng)頻率；——湍流積分尺度。2、美國西謬脈動(dòng)風(fēng)速譜式中3、日本鹽谷、新井脈動(dòng)風(fēng)速譜4、脈動(dòng)風(fēng)速譜脈搏動(dòng)風(fēng)速（卡曼）風(fēng)速譜表達(dá)式式中5、英國脈動(dòng)風(fēng)速譜式中以上三種不同風(fēng)速譜的比較如下圖所示三種脈動(dòng)風(fēng)速譜比較四、脈動(dòng)風(fēng)空間相干函數(shù)當(dāng)結(jié)構(gòu)上某一點(diǎn)的脈動(dòng)風(fēng)壓達(dá)到最大值時(shí)，與此點(diǎn)距離為r的另一點(diǎn)的脈動(dòng)風(fēng)壓一般不會達(dá)到最大值，在一定的范圍內(nèi)，離開此點(diǎn)越遠(yuǎn)，脈動(dòng)風(fēng)壓同時(shí)達(dá)到最大值的可能性就越小，這種性質(zhì)稱為脈動(dòng)風(fēng)的空間相關(guān)性。相干函數(shù)的平方根為相干函數(shù)是頻域內(nèi)的相關(guān)，有在順風(fēng)向，對于像高層
4、建筑那樣的在高度和寬度方向的尺度需同時(shí)考慮的建筑物，一般考慮水平和豎向的相關(guān)，達(dá)文波特的經(jīng)驗(yàn)公式：式中或建議取對于高聳結(jié)構(gòu)類的細(xì)長構(gòu)筑物，一般只考慮豎向的相關(guān)，其經(jīng)驗(yàn)公式為式中像高層建筑一類的建筑物，加拿大國家建筑規(guī)范采用了達(dá)文波物的另一類表達(dá)式式中§4.3順風(fēng)向風(fēng)振位移響應(yīng)基本公式在風(fēng)垂直的迎風(fēng)表面xz上的l點(diǎn)和k點(diǎn)的坐標(biāo)分別為，這兩點(diǎn)的脈動(dòng)風(fēng)壓分別為迎風(fēng)面上兩點(diǎn)的脈動(dòng)風(fēng)壓由強(qiáng)風(fēng)觀察結(jié)果分析得出，上兩式中的脈動(dòng)風(fēng)速大體上服從正態(tài)分布規(guī)律，脈動(dòng)風(fēng)速的均值E(v)=0，并且由前述脈動(dòng)風(fēng)的記錄可近似作為平穩(wěn)各態(tài)歷經(jīng)的隨機(jī)過程。一、結(jié)構(gòu)位移響應(yīng)根方差和設(shè)計(jì)動(dòng)位移工程中受
5、風(fēng)敏感的高層建筑或高聳結(jié)構(gòu)，屬豎向一維懸臂結(jié)構(gòu)，這類結(jié)構(gòu)沿豎向的質(zhì)量和剛度分布可以不均勻，隨高度發(fā)生變化，可將其抽象為一維懸臂的無限自由度體系1.運(yùn)動(dòng)方程——水平動(dòng)位移——第j振型的動(dòng)位移；——第j振型z高度處的坐標(biāo)；——第j振型的廣義坐標(biāo)。假設(shè)振型對質(zhì)量分布和剛度分布正交，阻尼項(xiàng)采用瑞雷阻尼，可得第j振型的運(yùn)動(dòng)方程：式中，廣義脈動(dòng)風(fēng)荷載為式中——脈動(dòng)風(fēng)壓；——建筑物z高度處的迎風(fēng)面寬度；——建筑物總高；——建筑物第j振型的廣義質(zhì)量。式中，m(z)為建筑物z高度處單位長度的分布質(zhì)量。2.位移響應(yīng)根方差設(shè)計(jì)動(dòng)位移和峰因子在上式中的位移根方差是隨機(jī)脈動(dòng)風(fēng)荷載下的動(dòng)位移
6、響應(yīng)，工程設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)計(jì)及保證系數(shù)，或稱為峰值因子，用g表示。建筑物z高處最大峰值位移或最大動(dòng)位移表示如下：式中峰因子g與1h平均時(shí)間內(nèi)穿越荷載效應(yīng)平均的次數(shù)有關(guān)，當(dāng)平均荷載效應(yīng)的概率分布是正態(tài)分布時(shí)，g用下式表達(dá)：式中——觀察時(shí)間，通常取1h（3600s）——水平準(zhǔn)跨越數(shù)這里，g的取值范圍常為3.0~4.0。§4.4順風(fēng)向風(fēng)振動(dòng)力計(jì)算、風(fēng)振系數(shù)一、等效靜力風(fēng)荷載按振型分解當(dāng)脈動(dòng)風(fēng)作用于各質(zhì)點(diǎn)上時(shí)，n個(gè)質(zhì)點(diǎn)體系僅考慮水平運(yùn)動(dòng)時(shí)的微分方程為：——系統(tǒng)的質(zhì)量、阻尼和剛度矩陣；——水平加速度、速度和位移響應(yīng)。上式可改為：上式右端稱為風(fēng)的廣義外荷載，亦稱為等效靜力風(fēng)荷載在脈
7、動(dòng)風(fēng)作用下，各質(zhì)點(diǎn)處的等效風(fēng)荷載可視為各振型上的慣性力作用。二、風(fēng)振動(dòng)力系數(shù)在高層建筑和高聳結(jié)構(gòu)等絕大多數(shù)，只要第一振型就足移了?；蛴脄高度處的集中動(dòng)力風(fēng)荷載表示：式中，h(z)為z高度處與集中動(dòng)力風(fēng)荷載有關(guān)的高度。三、我國現(xiàn)行規(guī)范的風(fēng)振系數(shù)1、風(fēng)振系數(shù)的一般表達(dá)式z高度處靜、動(dòng)力風(fēng)荷載P（Z）與靜力風(fēng)荷載PC（Z）的比值，β（Z）表示整理后得：2.我國規(guī)范風(fēng)振系數(shù)具體表達(dá)式式中稱為第一振型動(dòng)力系數(shù)，或稱脈動(dòng)增大系數(shù)，式中稱為脈動(dòng)影響系數(shù)為式中根據(jù)達(dá)文波特脈動(dòng)風(fēng)速譜在工程上，一般以表格形式給出相關(guān)數(shù)據(jù)，查表應(yīng)用。規(guī)范中脈動(dòng)增大系數(shù)ξ0.010.020.040.06
8、0.080
