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高层结构扭转动力特性实测研究

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第1章绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 高层建筑台风风场特性实测研究现状

1.3 高层建筑风致扭转响应研究现状

1.3.1 风致扭转响应风洞试验研究

1.3.2 风致扭转响应现场实测研究

1.3.3 风致扭转响应研究的不足

1.4 本文的主要内容

第2章扭转实测概况及理论基础

2.1 现场实测环境

2.2 实测设备

2.2.1 风速仪

2.2.2 转动加速度计

2.3 实测台风概况

2.4 高层结构扭转向风荷载理论基础

2.5 本章小结

第3章建筑顶部风场实测与分析

3.1 实测风场风特性分析理论

3.1.1 平稳风模型

3.1.2 非平稳风模型

3.1.3 风特性评价参数

3.2 实测台风风场

3.3 建筑顶部风场特性分析

3.3.1 湍流强度

3.3.2 阵风因子

3.3.3 湍流度与阵风因子的相关

3.3.4 湍流积分尺度

3.4 非平稳风速模型风特性分析

3.4.1 风速平稳性检验

3.4.2 风特性参数对比

3.4.3 脉动风速功率谱对比

3.5 本章小结

第4章扭转角加速度信号时域分析

4.1 角加速度信号时域统计参数

4.2 角加速度信号分布

4.2.1 整体分布特征

4.2.2 峰度与偏度特征

4.2.3 波峰因数与峰度特征

4.2.4 平均风速与峰度特征

4.2.5 目标概率峰值因子

4.3 各楼层间扭转相关性

4.4 风场与角加速度信号相关性

4.4.1 等时间长度时的相关性

4.4.2 等数据个数时的相关性

4.5 本章小结

第5章结构扭转向模态参数识别

5.1 模态参数识别方法

5.1.1 频域分解法

5.1.2 随机减量法

5.2 频谱特性分析

5.3 模态参数识别

5.3.1 结构固有频率识别

5.3.2 结构阻尼比分析

5.3.3 结构扭转振型分析

5.4 有限元模态分析

5.4.1 有限元模型

5.4.2 模态参数对比

5.5 本章小结

结论与展望

本文的主要内容及结论

进一步的工作展望

参考文献

致谢

附录A(攻读学位期间所发表的学术论文目录)

附录B(攻读硕士学位期间所参与的科研项目)

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摘要

风荷载是结构设计荷载组合中必须考虑的荷载,其中台风地理尺度大,影响范围广,蕴含能量强,将会给社会带来巨大的安全、经济损失。风荷载的基本特征是基本周期较长,由于高层建筑朝着更轻与更柔方向发展,基本周期也随之变大,因此高层结构顶层的位移及舒适度将会受到极大考验,特别是高层建筑边缘部分叠加的扭转风振造成的放大效应。随着高层建筑高度增加,风荷载将会成为主要控制荷载。所以在我国受台风影响范围广,灾害严重,风致扭转响应研究不足而风荷载与建筑之间动力作用复杂的背景下,高层建筑、超高层建筑的风致扭转响应研究是具有其实际意义的。本文以台风“莎莉嘉”登录时,海口某高层建筑顶部的风场数据和RA013型扭转角加速度计测得的4个楼层的纯粹不含平动分量的扭转角加速度数据为依托,以高层结构的扭转风振响应为研究中心,首先分析了风振响应的源头高层建筑顶部的台风风场特性,再者分析扭转角加速度信号本身的时域特性及从中分析得到的模态参数,最后研究得到在台风作用下,高层建筑扭转风振的动力特性。  (1)简述课题研究的背景及意义,综述了高层建筑风场实测研究现状和风致扭转响应研究现状及不足。介绍本次实测研究的概况以及实测系统的组成。  (2)利用平稳风模型和非平稳风模型研究了高层建筑顶部风场特性,Davenport功率谱比VonKarman谱更适合用于描述非平稳风模型计算的风速功率谱应用轮次检验法检验了风速平稳性并划分了非平稳模型。不同模型下脉动风速功率谱的研究拓宽了风速功率谱的应用,为研究荷载功率谱打下了基础。  (3)从扭转角加速度时程时域本身统计参数出发,获得了高层建筑风致扭转响应的本身特性,研究了10min时距下扭转信号的统计参数以及概率分布特性。通过目标概率法得到了扭转角加速度的峰值因子,提出了更为安全的3.5的参考值。  (4)介绍了扭转模态识别的方法理论,而后则识别了高层建筑风致振动下的模态参数,一阶扭转振型阻尼比随信号幅值增大而增大,二三阶阻尼比离散性较强未有明显趋势,表明高层结构风致扭转响应主要依靠一阶振型耗散能量。

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