《风致振动简述》PPT课件

风 洞 试 验 风 对 建 筑 物 的 破 坏风 荷 载 概 述风 振 不 适 感 的 控 制风 工 程 学 简 述 国 外 从 1879年 塔 科 马 桥 风 毁 以 后 开 始 风 工 程 研究 ， 至 今 只 有 60多 年 ， 我 国 研 究 不 到 20年 。 风 工 程 研 究 近 年 在 国 内 外 发 展 很 快 ， 已 形 成 一门 新 兴 学 科 ， 国 际 风 工 程 学 会 和 中 国 风 工 程 学 会分 别 于 上 世 纪 60 年 代 和 80 年 代 成 立 。 近 年 来 我 国 已 建 造 并 将 继 续 建 造 大 量 的 大型 风 敏 感 结 构 。 这 些 结 构 包 括 大 跨 桥 梁 、 超 高 层 建 筑 和 高耸 结 构 以 及 大 跨 空 间 结 构 等 。 大 气 边 界 层 风 洞 试 验 最 直 接 最 有 效 风 洞 数 值 模 拟 费 用 低 、 效 率 高 国 内 风 工 程 研 究 主 要 集 中 在 高 等 院 校 ， 如 同 济 大 学 、 湖 南 大 学 、 西南 交 通 大 学 和 汕 头 大 学 等 ， 国 内 风 工 程 研 究 在 国 际 上 的 影 响 正 在 增 大 。 风 洞 模 型 试 验 是 实 验 研 究 中 的 一 项 重 要 手 段 ， 它与 构 筑 物 足 尺 实 例 是 相 辅 相 成 的 两 个 方 面 . 当 结 构 物 未 建 成 或 无 条 件 进 行 实 测 时 ， 模 型 风 洞实 验 则 是 进 行 研 究 的 唯 一 手 段 。 通 过 对 各 种 特 殊 体 型 的 高 层 、 超 高 层 建 筑 及 建 筑群 的 风 洞 试 验 研 究 ， 可 为 设 计 提 合 理 的 参 数 ， 使 拟 建的 建 筑 物 安 全 可 靠 ， 经 济 合 理 。 当 风 洞 尺 寸 达 到 宽 度 为 2 4米 、 高 为 2 3米 ，长 为 5 30米 时 一 般 可 以 满 足 要 求 。 建 筑 物 的 风 洞 试 验 要 求 在 风 洞 中 能 实 现 大 气 边界 层 范 围 内 的 平 均 风 剖 面 、 紊 流 和 自 然 流 动 ， 即 要求 模 拟 风 速 随 高 度 的 变 化 。 风 对 构 筑 物 的 作 用 从 自 然 风 所 包 含 的 成 分看 包 括 平 均 风 作 用 和 脉 动 风 作 用 ， 从 结 构 的 响应 来 看 包 括 静 态 响 应 和 风 致 振 动 响 应 。 平 均 风 既 可 引 起 结 构 的 静 态 响 应 ， 又 可 引起 结 构 的 横 风 向 振 动 响 应 。 脉 动 风 引 起 的 响 应 则 包 括 了 结 构 的 准 静 态响 应 、 顺 风 向 和 横 风 向 的 随 机 振 动 响 应 。 当 这 些 响 应 的 综 合 结 果 超 过 了 结 构 的 承 受能 力 时 ， 结 构 将 发 生 破 坏 。 被 飓 风 卡 特 里 娜 严 重 损 坏 的 新 奥 尔 良 多 层 建 筑 窗 户 被 飓风 卡 特 里娜 严 重 损坏 的 新 奥尔 良 凯 悦酒 店 台 风 约 克造 成 的 香港 湾 仔 数幢 大 厦 玻璃 幕 墙 损坏 情 况 结 构 风 工 程 研 究 对 象 和 内 容 广 泛 。 从 结 构 方 面 来 看 ， 涉 及 到 低 矮 建 筑 、 大 跨 度 建筑 结 构 、 高 层 建 筑 、 高 耸 结 构 、 桥 梁 、 海 洋 工 程 结构 等 ； 从 研 究 内 容 来 看 ， 涉 及 到 风 对 结 构 的 静 力 作 用 、风 致 振 动 响 应 、 风 振 控 制 等 . 不 同 的 研 究 内 容 在 不 同 的 结 构 上 往 往 又 有 不 同的 体 现 。 当 风 以 一 定 速 度 吹 向 建 筑 物 时 ， 建 筑 物 将 对其 产 生 阻 塞 和 扰 动 作 用 ， 从 而 改 变 该 建 筑 物 周 围风 的 流 动 特 性 。 反 过 来 ， 风 的 这 种 流 动 特 性 改 变 引 起 的 空 气动 力 效 应 将 对 结 构 产 生 作 用 。 由 于 自 然 风 的 紊 流 特 性 ， 因 此 风 对 结 构 的 这种 作 用 包 含 了 静 力 作 用 和 动 力 作 用 两 个 方 面 ， 使结 构 产 生 相 应 的 静 力 和 动 力 响 应 。 风 不 仅 对 结 构 产 生 静 力 作 用 ， 还 会 产 生 动 力 作 用 ， 引起 高 层 建 筑 、 各 类 高 塔 和 烟 囱 等 高 耸 结 构 、 大 跨 度 缆 索 承重 桥 梁 、 大 跨 度 屋 顶 或 屋 盖 、 灯 柱 等 许 多 柔 性 结 构 的 振 动 ，产 生 动 力 荷 载 ， 甚 至 引 起 破 坏 。风 致 振 动 减 振 措 施 依 据 ：1、 结 构 的 风 致 振 动 在 很 大 程 度 上 依 赖 于 结 构 的 外 形 、 刚 度 （ 或 柔 度 ） 、 阻 尼 和 质 量 特 性 。2、 不 同 的 外 形 将 引 起 不 同 的 风 致 动 力 荷 载 。3、 结 构 刚 度 越 小 ， 柔 性 越 大 ， 则 其 风 致 振 动 响 应 就 越 大 。4、 结 构 的 阻 尼 越 高 ， 其 风 致 振 动 的 响 应 也 就 越 小 。 风 压 基 本 特 点 :1、 紊 乱 性 和 随 机 性2、 迎 风 面 压 力 ， 背 风 面 吸 力3、 风 压 的 不 确 定 性 风 压 对 高 楼 的 危 害1.隔 墙 开 裂 ,甚 至 主 体 结 构 破 坏2.疲 劳 ,失 稳 破 坏3.装 饰 物 和 玻 璃 幕 墙 破 坏4.摆 动 使 居 住 者 感 到 不 适 不 安 随 着 房 屋 高 度 增 加 ， 在 强 风 作 用 下 ， 高楼 (高 层 钢 结 构 )所 产 生 的 振 动 ， 使 人 不 舒 适 ，所 以 高 楼 的 抗 风 设 计 ， 不 仅 要 满 足 强 度 、 变 形和 倾 覆 稳 定 方 面 的 要 求 ， 而 且 还 要 使 高 楼 在 顺风 向 振 动 、 横 风 向 振 动 和 扭 转 振 动 控 制 在 不 使居 住 者 产 生 不 适 感 的 容 许 限 度 内 。 世 界 上 首 先 提 出 舒 适 感 与 房 屋 顶 层 加 速 度关 系 的 是 加 拿 大 的 达 文 波 特 教 授 ， 国 内 的 研 究很 少 。 目 前 的 计 算 建 筑 物 顶 层 加 速 度 的 经 验 公 式 。通 过 风 洞 试 验 进 行 确 认 。 衡 量 不 适 感 的 尺 度1、 人 体 对 运 动 的 承 受 1970年 ， 美 国 波 士 顿 一 座 高 楼 在 0.98KN/m风压 下 ， 并 且 ， 人 却 感 到 不 适 。 7001h h 说 明 用 来 控 制 侧 移 ， 并 不 能 概 括 人 体 对 运 动的 反 应 和 耐 受 程 度 。 研 究 表 明 ： 人 体 感 觉 器 官 不 能 觉 察 所 在 位 置 的绝 对 位 移 和 速 度 ， 只 能 感 受 到 它 们 的 相 对 变 化 。 线 性 加 速 度 是 由 人 内 耳 中 的 耳 石 察 觉 到 的 ， 局部 加 速 度 则 是 耳 内 的 半 规 官 感 觉 的 。 所 以 ， 加 速 度 （ 线 性 加 速 度 和 角 加 速 度 ） 是 衡量 人 体 对 高 楼 风 振 感 受 的 最 好 尺 度 。 所 以 A(振 幅 )和 T(自 振 周 期 )是 表 征 加 速度 的 重 要 指 标 。 而 加 速 度 22T A4a 2、 人 体 风 振 反 应 的 分 级 a、 按 振 幅 和 周 期 分 级 A、 无 感 觉 B、 有 感 觉 C、 令 人 烦 躁 D、 令 人 非 常 烦 躁 E、 无 法 承 受 b 、 按 加 速 度 分 级 A、 B、 C、 D、 E 减 少 风 振 加 速 度 的 途 径1.合 理 的 建 筑 体 形 a.流 线 形 平 面 （ 圆 形 或 椭 圆 、 平 面 切 角 ) b.截 锥 状 体 形 (减 小 风 荷 载 和 增 加 抗 推 刚 度 ) c.不 大 的 高 宽 比 d.透 空 层 e.并 联 高 楼 群 流 线 形 平 面 透 空 层 并 联 高 楼 群 截 锥 状 体 形 2.设 置 阻 尼 装 置 减 振 效 果 ： 高 层 钢 结 构 变 形 和 加 速 度 控 制 成 为控 制 指 标 ， 在 强 度 已 满 足 条 件 下 ， 采 用 加 大 构 件 截面 来 满 足 ， 则 不 经 济 ， 而 采 用 布 置 阻 尼 装 置 ， 增 加结 构 阻 尼 的 方 法 有 效 且 经 济 。 应 用 实 例 : 哥 伦 比 亚 大 厦 世 贸 中 心 大 厦 等