结构抗风及研究

结构抗风及研究

学号：05109230 姓名：杨旭专业：土木工程

随着现代工程结构技术的发展，结构对于设计的要求越来越高。与传统的主要以静力荷载设计相比，现今的结构设计对于动力荷载设计尤其结构抗震以及结构抗风提出了许多的新要求。因此本文将对风荷载进行一番认识与理解，对于风荷载引起的振动将提出一些解决的办法以及原理，抗风研究的现状以及对于未来的展望。

摘要：本论文包含以下三个主要内容：结构风荷载介绍；斜拉桥的抗风减震措施及原理；抗风研究的现状以及对于未来的展望。

Abstract:this thesis will contain the three main components as follows: the introduction of the Wind Load; the measures and principle of resistance to wind and earthquake in the cable stayed bridge; the present situation and prospect of wind research.

ChapterA:

1.风荷载标准值计算公式

Wo—基本风压，根据当地空旷平坦地面离地高10米10分钟的平均风速，50年一遇最

大值Vo(基本风速)换算而来; Uz—风压高度系数；Us—风载体形系数；Bz:—风振系数;Ur—重现期调整系数。

2.基本风压

风压由风速换算而成。风速的年极值分布不拒绝极值I型分布。基准期T年的极值分

布为

基本风速可在T年的极值分布上取某一分位值。但《荷载规范》是以平均重现期为50

年来规定风速的基准值的。重现期是指连续两次超过x的时间间隔。若则表示在连续n年中有一年的X>x，其它n-1年中的X<=x。因此

平均重现期是随机变量的数学期望，即

即每年小于基本风速的

保证率为9 8;设计基准期50年内小于该风速的保证率(0.98)s0=36.4。根据基本风速可换算成基本风压Wo。当重现期不等于T时乘以修正系数Ur。风荷载的组合值系数为0.6、频遇值系数0 .4、准永久值系数0

3.风压高度系数

在梯度风高度范围内，任意高度z的风速与H高度风速的关系为

a为地面粗糙指数，对于A,分别为0.12, 0.16, 0.22,B、C、D类，0 .3。基本风速是B类地面上空10m高度处的风速，

因而B类地面任意高度处的风速为

同一地区小同粗糙程度地曲上至的梯度风速相同。

4.风载体型系数Uz

由风速换算得到的风压是所谓来流风压。房屋将对气流形成某种干挠。建筑物表面的实际压力与其形状有关，与来流风压的比值用Us表示. 其值为正时代表风压，即靠近表面;为负时代表风吸，即离开表面。风压垂直于建筑物表面。

5.顺风向风振系数Bz:

近地风速可以分解为长周期分量和脉动分量。长周期分量的周期长度从几十分钟到几小时，远大于结构自振周期，对结构的作用基本上是静力的。脉动分量的周期长度为1}2分钟，对于刚度较小的高耸结构和高层建筑，脉动周期和结构的自振周期在同一个量级，…脉动影响不可忽略。所以，规范规定:对于高度大于30m且高宽比HlB大于1.5的房屋结构，以及自振周期T1大于0.25s高耸结构必须考虑脉动效应。风振系数定义为考虑脉动效应的总风压与静风压(平均风压)之比。

—脉动增大系数； v—脉动影响系数；

_—结构振型系数，对于规则结构可取z/Ho。对于多高层房屋，通常将分布风荷载转换成作用在每层楼面处的集中风荷载。

ChapterB:斜拉桥拉索减振措施及原理

拉索的风致振动现象在各种跨境和类型的斜拉桥上普遍存在，拉索的振动易导致疲劳和外包破损。目前对于斜拉桥的拉索减振措施有以下几种：

1.气动控制法：

将斜拉索原来的光滑表面做成带有螺旋凸纹、条形凸纹、V型凹纹或圆形凹点的非光滑表面。通过提高斜拉索表面的粗糙度，使气流经过索时在表面边界层形成揣流，从而防止涡激共振的产生；拉索表面的凹凸纹还能阻止下雨时上、下两缘迎风面水线的形成，从而防止雨震的产生。但其对于塔、梁在外界激励下导致索两端的支座激振无减振作用，且由于表面粗糙度的增加，会增大斜拉索对风的阻力。

2.阻尼减振法：

作用机理就是通过安装阻尼装置，提高拉索的阻尼比从而抑制拉索的振动。它对于涡激共振、尾流驰振、雨震以及由支座激励引起的拉索共振和参数振动都能起较好的抑制作用。根据与拉索的相互关系，阻尼装置可分为安放在套筒里的内置式阻尼器和附着于拉索之上的外置式阻尼器。现代科技的发展又有E型软钢（用于夹江大桥），MR，粘滞阻尼器。以及TMD与TLD。

3.改变拉索动力特性法

采用联结器或辅助索将若干根索相互联结起来。作用机理是：通过联结，将长索转换成为相对较短的短索，从而使拉索的振动基频提高，从而抑制索的振动。这对于防止低频振动十分有效，同时也能降低雨震以及单根索振动发生的几率，但通常对于高阶形式出现的涡激振动抑制作用不太明显。

ChapterC:

据德国慕尼黑保险公司对1961-1980年20年间发达国家自然灭害损失1亿美元以上的统计，其中风灭造成的损失占总自然灭害损失的40.5%。在我国，2004年第十四号台风“云娜“在浙江省温岭市石塘镇登陆，这次台风在浙江省造成176人死亡，倒塌房屋6. 43万间，受灭人口1 29 9万人，直接经济损失超过200亿元

近年来，随着社会的发展，超高层、人跨体育场等这类高、人、细、长的柔性工程结构被普遍应用。受全球气候变化影响，台风、飓风数量明显增多，使工程结构抗风的重要性更显突出。

结构风振控制研究:

风振控制首先从风与结构的相互作用考虑，风振对结构的影响与结构周围流体场的情况有重要关系。在进行风振控制时，可以通过

1）改变结构外形进而改变流体场对结构的作用。比如:开透风槽

2）增加结构构件:常用的方法是在结构中增加拉索构件或加强层

3）安装耗散材料或装置:例如:安装TMD、TLD等，或在重要构件中设置横缝.

频域范围内的杭风分析

1)建筑风洞。现行荷载规范对风荷载的体形系数取值没有考虑建筑物所处具体环境因素的影响，因而，根据规范计算出的结构风载总体上偏十保守，在某些局部则不够安全，而且对建筑物外围结构来说体形系数是一个平均值，不宜直接用抗风计算，因此，风洞试验是弥补这方而不足的有效途径

风洞试验包括刚性模型风洞试验和气弹性模型风洞试验两种试验方法。建筑风洞能够对建筑物周围地形地貌和建筑所处的人气边界层进行模拟，并对建筑受到的局部风压、整体风荷载、气动弹性以及建筑物周围的风环境进行测量。利用建筑风洞可以对建筑模型进行表而脉动风压试验、整体风载试验、风环境试验及风洞力响应试验。根据风洞试验得到的数据，可确定建筑物主体、外窗、幕墙等围护结构的抗脉动风压性能指标。