順風(fēng)向和橫風(fēng)向風(fēng)陣.doc

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1、.風(fēng)荷載總結(jié)順風(fēng)向振動(dòng):用概率論的法則來(lái)描述,雖不能夠定出某一時(shí)刻反應(yīng)的確定值,卻可以分析出該時(shí)刻取某值的保證率的可能性.橫風(fēng)向振動(dòng):由不穩(wěn)定的空氣動(dòng)力引起,比較復(fù)雜,高樓和高塔影響較大.風(fēng)力：風(fēng)流經(jīng)任意截面物體所產(chǎn)生的力都可以分為三個(gè)方向的分量。包括順風(fēng)向風(fēng)陣PL、橫風(fēng)向風(fēng)陣PD和扭轉(zhuǎn)風(fēng)陣PM。Word資料.橫向風(fēng)陣時(shí)對(duì)稱結(jié)構(gòu)可忽略，但細(xì)長(zhǎng)的高柔結(jié)構(gòu)須考慮動(dòng)力效應(yīng)。如上圖：一等截面的細(xì)長(zhǎng)物體處于速度為v的風(fēng)中，假定不考慮長(zhǎng)度的影響，取出一單位長(zhǎng)度的一段來(lái)進(jìn)行分析。由于空氣的流動(dòng)，在物體表面上將產(chǎn)生風(fēng)壓。將單位面積上的風(fēng)壓沿物體表面積分，一般情況下將得到三個(gè)分力：?jiǎn)挝豢缍?/p>

2、上的順風(fēng)向的阻力，橫風(fēng)向的升力，以及扭矩。來(lái)風(fēng)在建筑物的周圍會(huì)形成湍流風(fēng)場(chǎng),并引起建筑物一定幅度的風(fēng)振振動(dòng).對(duì)于高層和超高層建筑的風(fēng)振動(dòng)力反應(yīng)主要有以下三方面的考慮:其一,由風(fēng)振產(chǎn)生的慣性力在結(jié)構(gòu)中引起附加應(yīng)力;例如我國(guó)現(xiàn)行建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范中考慮了順風(fēng)向風(fēng)振反應(yīng)慣性力,高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中同時(shí)考慮了順風(fēng)向與橫風(fēng)向風(fēng)振反應(yīng)的慣性力;其二,由于風(fēng)振反應(yīng)發(fā)生的頻度較高,有可能使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生疲勞效應(yīng);其三,建筑結(jié)構(gòu)的振動(dòng)加速度會(huì)使生活和工作在其中的人產(chǎn)生不舒適感,當(dāng)風(fēng)以一定速度吹響建筑物時(shí)，建筑物將對(duì)其產(chǎn)生阻塞和擾動(dòng)作用，從而改變?cè)摻ㄖ镏車L(fēng)的流動(dòng)特性。反過(guò)來(lái)，風(fēng)的這種流動(dòng)特性改變引

3、起的空氣動(dòng)力效應(yīng)將對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生作用。由于自然風(fēng)的紊流特性，因此風(fēng)對(duì)結(jié)構(gòu)的這種作用包含了靜力作用和動(dòng)力作用兩個(gè)方面，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)的靜力和動(dòng)力響應(yīng)。風(fēng)不僅對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生靜力作用，還會(huì)產(chǎn)生動(dòng)力作用，引起高層建筑、各類高塔和煙囪等高聳結(jié)構(gòu)、大跨度纜索承重橋梁、大跨度屋頂或屋蓋、燈柱等許多柔性結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，產(chǎn)生動(dòng)力荷載，甚至引起破壞。Word資料.結(jié)構(gòu)的風(fēng)致振動(dòng)在很大程度上依賴于結(jié)構(gòu)的外形、剛度（或柔度）、阻尼和質(zhì)量特性。不同的外形將引起不同的風(fēng)致動(dòng)力荷載。結(jié)構(gòu)剛度越小，柔性越大，則其風(fēng)致振動(dòng)響應(yīng)就越大。結(jié)構(gòu)的阻尼越高，其風(fēng)致振動(dòng)的響應(yīng)也就越小。風(fēng)致振動(dòng)減振措施研究一般也是從這四方面著手

4、。（1）順風(fēng)向風(fēng)陣計(jì)算高層建筑順風(fēng)向風(fēng)效應(yīng)主要是由平均風(fēng)速引起的平均風(fēng)壓和風(fēng)速脈動(dòng)引起的脈動(dòng)風(fēng)壓所導(dǎo)致。A.G.Davenpor等人對(duì)建筑物的順風(fēng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)問(wèn)題進(jìn)行了理論和試驗(yàn)研究,基于片條理論和準(zhǔn)定常理論建立的順風(fēng)向風(fēng)振分析方法已被廣泛應(yīng)用。只要按照實(shí)際情況計(jì)算,即使只計(jì)入一階實(shí)際振型,多階振型計(jì)算方法與簡(jiǎn)化計(jì)算方法的基底剪力和層間剪力都存在明顯差異;如果計(jì)入更多實(shí)際振型,差異還將繼續(xù)加大。但在計(jì)入實(shí)際振型數(shù)大于2以后,兩種計(jì)算方法的結(jié)果差異很小。主要原因是:簡(jiǎn)化計(jì)算方法中采用的振型函數(shù)?1(z)是按照經(jīng)驗(yàn)公式求得,而結(jié)構(gòu)實(shí)際的振型與之有差異,這樣使得兩種算法在計(jì)算過(guò)程中

5、與振型系數(shù)?1(z)相關(guān)的各個(gè)參數(shù)值都不同,導(dǎo)致最后的差異。隨著振型階數(shù)的加大,高振型對(duì)順風(fēng)向風(fēng)振的影響逐漸減小。主要有兩個(gè)原因:第一,一般建筑結(jié)構(gòu)的第一振型周期遠(yuǎn)小于風(fēng)的卓越周期,高振型的周期更小,隨著振型階數(shù)的加大其影響就更小;第二,結(jié)構(gòu)高振型有正負(fù)號(hào)相間出現(xiàn),計(jì)算過(guò)程中可抵消一部分,隨著振型階數(shù)的加大,正負(fù)相消的影響越來(lái)越大。Word資料.（2）橫風(fēng)向風(fēng)陣主要橫風(fēng)向風(fēng)振機(jī)理分析一、渦旋振動(dòng)當(dāng)結(jié)構(gòu)物上有風(fēng)作用時(shí)，就會(huì)在該結(jié)構(gòu)物兩側(cè)背后產(chǎn)生交替的旋渦，且將由一側(cè)然后向另一側(cè)交替脫落，形成所謂的卡門渦列?？ㄩT渦列的發(fā)生會(huì)使建筑物表面的壓力呈周期性變化，其結(jié)果是使結(jié)構(gòu)物上作

6、用有周期性變化的力，作用方向與風(fēng)向垂直，稱為橫風(fēng)向作用力或升力。這是由交替渦流引起且與風(fēng)向垂直的振動(dòng)，按發(fā)生原因稱為渦旋激振。渦旋激振基本上是伴隨著旋渦的出現(xiàn)而產(chǎn)生的強(qiáng)迫振動(dòng)，但是一旦振動(dòng)增強(qiáng)，又會(huì)有由振動(dòng)控制的渦流發(fā)生，表現(xiàn)出自激振動(dòng)的特性。一般地，只有位于共振風(fēng)速（或稱臨界風(fēng)速）的某一特定風(fēng)速范圍內(nèi)，振動(dòng)才變得較為顯著。二、馳振、顫振Word資料.對(duì)于土木工程中的結(jié)構(gòu)物，不象飛機(jī)、輪船那樣具有棱邊方角的鈍體，當(dāng)風(fēng)作用時(shí)，在其周圍，氣流通常呈分離型，而且伴有隨時(shí)間變化的尾流。結(jié)構(gòu)物一般是彈性體，故在某一特定范圍內(nèi)常發(fā)生馳振、顫振的空氣動(dòng)力學(xué)上的失穩(wěn)式振動(dòng)。前述渦激振動(dòng)是

7、通常形狀結(jié)構(gòu)物必然伴隨的現(xiàn)象，而馳振和顫振則因結(jié)構(gòu)物斷面形狀的不同而有差異，多發(fā)生于具有箱形截面種H形截面的結(jié)構(gòu)物。在通常情況下，橫風(fēng)向彎曲單自由度振動(dòng)稱為馳振，而扭轉(zhuǎn)單自由度振動(dòng)稱為顫振，彎曲和扭轉(zhuǎn)的兩自由度耦合振動(dòng)稱為彎扭顫振。馳振和顫振一旦發(fā)生，便產(chǎn)生劇烈的振動(dòng)，這種失穩(wěn)式的振動(dòng)具有自激振動(dòng)的因素，即在振動(dòng)過(guò)程中，由結(jié)構(gòu)物本身的運(yùn)動(dòng)不斷給激振力提供能量，助長(zhǎng)了運(yùn)動(dòng)的發(fā)生。馳振和顫振現(xiàn)象，可認(rèn)為是由在結(jié)構(gòu)物受風(fēng)上側(cè)斷面邊緣產(chǎn)生的伴隨該物體振動(dòng)而放出的所謂前緣分離渦流而引起的振動(dòng)，這種振動(dòng)現(xiàn)象的發(fā)生與建筑物背后形成的卡門渦流