桥梁及结构风振理论及其控制(word版)_图文(精)

目录

第一部分：自然风特性 1、边界层自然风 2、平均风空间特性 3、平均风时间特性 4、脉动风空间特性 5、脉动风时间特性第二部分：自然风模拟 1、风洞风场模拟 2、计算风场模拟 3、 CFD风场模拟第三部分：结构气动响应 1、结构风效应2、静力作用与响应 3、动力响应 4、结构动力特性 5、气动力模型

第四部分：静风响应分析 1、静风荷载计算 2、阵风荷载效应 3、扭转失稳分析 4、扭转与侧弯耦合屈曲

第五部分：桥梁气动稳定分析 1、气动稳定的概念 2、二维机翼颤振理论 3、耦合颤振理论应用 4、分离流颤振机理 5、三维桥梁颤振分析第六部分：随机抖振分析 1、单自由度系统随机振动 2、水平线状结构随机风振 3、垂直线状结构随机风振 4、气动导纳 5、桥梁抖振分析

第一部分：自然风特性

1. 边界层自然风

1.1地球大气层

B T Roughness Element

Free Atmosphere

gradient height

ground surface

10

1

10

2

10

3

10

4

地表层

大气边界层

对流层

大气层

粗糙层

R o u g h n e s s L a y e r

S u r f a c e L a y e r

o u n d a r y L a y e r A t m o s p h e r e

r o p o s p h e r e

A t m o s p h e r e

离地高度(m

梯度风高度

图1-1 大气层分布图

大气层(Atmosphere: 地球表面薄层空气，厚度1000km(1/12地球直径

对流层(Troposphere：大气层底部1%厚度，厚度10,000m(飞行高度，最高山峰大气边界层(ABL：对流层底部10%，厚度<1000 m(梯度风高度，建筑物高度地表层(Surface Layer：大气边界层底部10%，厚度100m 左右(风速剧烈变化粗糙层(Roughness Layer：地表层底部10%，厚度10m 左右(地表粗糙元 1.2

(1风速是脉动的，不是平稳的；（28分钟内的平均风速变化不大； (3平均风速随高度增大；(4脉动分量与平均风相比较小。 1.3 自然风分析模型

PERIOD

Storm .11.010010005 sec

min

5 minHour

Day

4 Day

.01(Cycles / HRYear

10P o w e r S p e c t r u m n . s

Macrometeorological

Micrometeorological Mean Wind

Breeze

图1-3 自然风谱理论分析模型

(1. 脉动风能量分布特点，主峰：年、4天、1天、1分钟等；低谷: 10分钟至60分钟 (2. 低频能量分布特点，周期: 4天至5天；特点：实际大气系统移动周期(3. 高频能量分布特点，周期: 1分钟；特点: 实际脉动风周期 (4. 高频谱峰能量取决于平均风速 1.4 自然风分析模型

(1 脉动风与平均风相比很小 U(z,t=U(z +u(z,t

U(z ——风速均值，随机变量，与时间无关； u(z,t——风速方差，随机过程，与时间有关 (2 脉动风低谷特性利用

(01( (, T=10~60 minT U z U z t dt T =⎰ 2200

11(, 0(, T T

u u u z t dt u z t dt T T ζ===⎰⎰；

2. 平均风空间特性

2.1风剖面—离地高度特性

(1指数律模型(Power Profile 相同场地:

112 2

( ( (U z z U z z α= 不同场地:2111212221( ( ( ( U z z

U z z ααδδ=

1δ、2δ——梯度风高度(m;1α、2α——常指数值(无量纲

(2对数律模型(Logarithmic Profile 基本公式:*

0( ln(

z

U z k

z μ=

相同场地:101220ln(/ ( ( ln(/

z z U z U z z z = 0z ——粗糙高度(m；*μ ——地表剪切风速；k ——Karman 常数，近似取0.4 (3 复合体模型(Complex Profile

(234

*

0ln 5.751.881.330.25u

z z z z z U z k

z δδδδ⎡⎤⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫=+--+⎢⎥⎪⎪⎪⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎢⎥⎝⎭⎣

⎦

2.2 场地类别

表1-1. 场地分类表

2.3风场环境

(1热力对流：稳定层和非稳定层；(2地理位置：地形、地貌、建筑群；(3非良态气候：龙卷风、台风、雷暴风、飓风等。

3. 平均风时间特性

3.1统计时距

平均风速:01( (, T

U z U z t dt T

=

⎰统计时距: 周期为T ，时距T 越大, 风速U 越小 3.2重现期

极值Ⅰ型:1

ln[ln(1]T U b a =--- 极值Ⅱ型:1{ln[ln(1]/(}T U b aexp T

γ=+---

极值Ⅲ型:1

{ln[ln(1]/}T U b aexp T

γ=---

重现期T 越大、期望风速U T 越大

3.3风速分布

数据抽样: 越界峰值、阶段极值；

分布概率模型: 极值分布、皮尔逊分布、对数正态等参数估计: 极大似然法、最小二乘法、矩法等统计检验: 概率曲线相关系数法PPCC 3.4风向影响

最大风向系数法: 刚性结构的简化计算联合分布概型法: 现有条件的实用方法平稳随机过程法: 理论上的精确方法

4. 脉动风空间特性

4.1紊流因子——Gust factor(峰值效应

max u U u G U += max v v G U = max max w w G U U

=