膜结构风荷载和风致响应研究进展
建筑物风荷载的数值模拟与结构响应评估
建筑物风荷载的数值模拟与结构响应评估建筑物风荷载是指建筑结构所受到的由风引起的压力和力矩。
风荷载是设计建筑物的重要参数之一，对于确保建筑结构的安全性、稳定性和耐久性具有重要意义。
为了评估建筑物的结构响应，需要进行风荷载的数值模拟和力学分析。
一、建筑物风荷载的数值模拟建筑物风荷载的数值模拟是基于风工程学原理和计算方法进行的。
主要包括以下几个步骤：1. 风速和风向场的描述：通过气象数据和数学模型，描述建筑物所在地点的风速和风向场。
常用的风速和风向模型包括Kaimal模型、Julian-Smith模型等。
2. 风荷载的计算：根据风速和风向场，采用压力系数法或力矩系数法计算建筑物所受到的风荷载。
通过与试验数据的对比和修正，获得较准确的风荷载数值。
3. 建筑物模型的建立：将建筑物划分为离散的风受体，建立建筑物的数值模型。
常用的建模方法包括网格法、面元法和质点法等。
4. 风荷载分布的计算：将风荷载作用于建筑物模型上，计算每个风受体所受到的风荷载。
可以通过有限元法或离散元法进行计算。
5. 风荷载时程的模拟：考虑风场随时间变化的特点，进行风荷载时程的模拟。
常用的方法包括随机模拟法、非平稳风场变化模拟等。
二、建筑物结构响应的评估1. 结构的动力响应：根据建筑物的动力特性，采用结构动力学原理，计算建筑物在风荷载作用下的动态响应。
常用的方法包括质点法、有限元法和离散元法等。
2. 结构的位移与应力评估：根据动力响应结果，评估结构的位移和应力状况，判断结构的安全性和稳定性。
可以采用应力-应变关系曲线和弹性正应力理论对结构进行评估。
3. 结构的破坏和损伤评估：对于承受较大风荷载的建筑物，需要评估结构的破坏和损伤情况。
通过损伤模型和破坏准则，分析结构的破坏模式和损伤程度，为结构的修复和加固提供依据。
建筑物风荷载的数值模拟与结构响应评估是建筑结构设计的关键环节之一。
通过精确的风荷载数值模拟和结构响应评估，可以为建筑物的设计与施工提供科学依据，确保建筑结构的安全可靠性。
大跨度金属屋面风荷载特性和抗风承载力研究进展综述
大跨度金属屋面风荷载特性和抗风承载力研究进展综述大跨度金属屋面是一种常见的建筑结构形式，广泛应用于大型展馆、工业厂房、体育馆等建筑中。
由于其特殊的设计和结构特点，大跨度金属屋面在面对风荷载时具有较为复杂的受力状态和承载性能。
对大跨度金属屋面风荷载特性和抗风承载力的研究成为了建筑工程领域的一个重要课题。
本文将对大跨度金属屋面风荷载特性和抗风承载力的研究进展进行综述，旨在深入了解该领域的最新研究成果，为相关研究和工程实践提供参考。
1. 风荷载的特性大跨度金属屋面在受到风荷载的作用时，其受力状态和承载性能与结构的形状、尺寸、材料、连接方式等有着密切的关系。
在国内外的研究中，通过风洞试验、数值模拟等手段，对大跨度金属屋面的风荷载特性进行了一系列的研究。
研究结果表明，大跨度金属屋面的风荷载特性受到多个因素的影响，包括气流的速度、方向、频率等，因此需要综合考虑各种因素对其风荷载特性的影响。
2. 风荷载的分析方法针对大跨度金属屋面的风荷载特性，研究者们提出了多种不同的分析方法，包括经验公式法、风洞试验法、数值模拟法等。
这些方法各有优缺点，可以根据具体情况进行选择。
目前，国内外研究者还在不断探索新的分析方法，以提高对大跨度金属屋面风荷载特性的理解和预测能力。
3. 风荷载的影响因素1. 抗风承载力的评估方法在实际工程中，为改善大跨度金属屋面的抗风承载力，研究者们提出了多种不同的加固技术，包括结构加固、材料加固、连接加固等。
这些加固技术可以有效提高大跨度金属屋面的抗风承载力，保障其在受到风荷载时的安全性。
大跨度金属屋面的抗风承载力受到多种因素的影响，例如结构的刚度、连接的稳定性、材料的性能等。
研究者们在对大跨度金属屋面的抗风承载力进行研究时，不仅要考虑其受力状态，还需要综合考虑各种影响因素对结构的影响，以提高对抗风承载力的理解和预测能力。
大跨度金属屋面风荷载特性和抗风承载力研究进展综述
大跨度金属屋面风荷载特性和抗风承载力研究进展综述随着科技的不断发展，大跨度金属屋面在现代建筑中被广泛应用。
然而，在高风区域，金属屋面的抗风承载力成为了关注的焦点，因为它们容易受到异向风荷载的影响。
因此，研究大跨度金属屋面风荷载特性和抗风承载力具有重要意义。
风力荷载是建筑物承受的主要荷载之一，特别是在高风区域，风荷载成为了决定建筑物安全性的关键因素。
风荷载作用下，建筑物会产生下列问题：风振现象、变形、应力变化和破坏等。
因此，为确定金属屋面在风荷载下的稳定性，必须对其风荷载特性进行分析与评估。
大跨度金属屋面的风荷载特性主要包括：空气动力特性、涡缩现象、气流分离现象和边缘效应等。
研究发现，金属屋面截面、屋面形状和屋面高度均对风荷载特性产生重要影响。
例如，金属屋面的剖面形状可以影响到风流线的分布、曼氏噪音和涡缩现象的产生；同时，屋面高度越高，风荷载特性越明显，因为金属屋面与地面之间的距离越大，相应地，风的作用力也会增大。
研究金属屋面抗风承载力的方法主要包括：实验研究和计算分析两种。
实验研究可验证计算模型的有效性和精确性，常用的实验方法有风洞试验和原型结构试验。
风洞试验能够较为准确地模拟不同风速和风向的风荷载，对金属屋面的风荷载特性进行数据采集与分析。
原型结构试验则通过现场搭建金属屋面的试件，采用风机、压力传感器、位移传感器等仪器，测量和记录风荷载、试件响应等数据，验证计算模型的准确性。
计算分析方法是研究金属屋面抗风承载力的另一个重要手段，其特点是计算过程简便、成本较低，且可以分析不同风荷载下金属屋面的受力状况。
目前，流体力学分析方法已成为研究大跨度金属屋面风荷载特性和抗风承载力的重要手段，其可以基于Navier-Stokes方程及边界条件，分析建筑物表面风场、风荷载和风振响应等。
总之，随着在建筑物中大跨度金属屋面的广泛应用，研究其风荷载特性和抗风承载力的重要性也日益凸显。
在未来，应加强对风荷载特性的深入分析和精确计算，为实际工程提供可靠的抗风设计参数。
薄膜结构在动风荷载下的安全性能分析_杨维国
薄膜结构在动风荷载下的安全性能分析杨维国 徐国彬 教授(北京交通大学土木建筑工程学院)学科分类与代码:620.5020【摘 要】 从理论和实践两方面对薄膜结构在风荷载下的安全性能进行了研究。
根据随机过程理论,用计算机模拟生成具有空间相关性的风场。
发展建立了膜结构几何非线性动力响应问题的有限元公式,并以此为基础对一具体的膜结构进行了动力时程响应分析。
通过观察膜结构在不同风速下的位移时程曲线,笔者发现:当外界风速小于一定的临界风速时,结构的位移响应会逐渐趋于稳态,结构的振动逐渐趋于稳定,这时结构是安全的;当外界风速超过或接近临界风速时,结构的振幅会逐渐增大,膜结构将可能发生驰振损坏。
进而提出了通过增大膜内预应力或提高膜曲面的曲率来防止膜结构风振破坏的方法,并指出了在设计和施工中为保证膜结构的风振安全应当采取的措施。
【关键词】 薄膜结构;安全;几何非线性;动力时程分析Safety Analysis of Membrane Structure under Dynamic Wind LoadY ANG W ei -guo Xu Guo -bin ,Pro f .(School of Civil Engineering &Architecture ,Beijing Jiaotong University )Classification and code of disciplines :620.5020A bstract : Study on the safety of membrane structure under dynamic wind load was carried out both theoretically and practical -ly .Based on random process theory ,wind fields with spatial correlativity were simulated in computer .The finite element formula for geometricall y nonlinear dynamic response analysis of membrane structure was also established .On the basis of this dynamic time history response anal y ses were carried out for a practical membrane project .From its displacement time history curve ,it was found that when the wind velocity was under a certain critical wind velocity ,the structure vibration was stable ,and the structure was safety ;otherwise when the wind velocity was beyond the critical wind velocity ,the vibration became unstable and the structure might be destroyed .It is pointed out that raising the prestress in membrane or the curvature of membrane surface could effectivel y avoid structure damage under d ynamic wind loads .It is suggested that for the safety of membrane structures under wind load the measures should be taken in the process of design and constructions .Key words : Membrane structures Safety Geometrically nonlinear Dynamic time history response1 引 言膜结构由于其自重轻、建筑造型优美而得到广大建筑师的青睐。
塔式起重机风致响应数值模拟研究进展
塔式起重机风致响应数值模拟研究进展
孙晓晓
【期刊名称】《河南建材》
【年(卷),期】2024()3
【摘要】塔式起重机风振响应数值模拟研究主要涉及两个环节,一是建立风荷载模型和结构模型,二是使用有限元方法来分析结构的动力响应特性和研究风振控制方法。
因此,文章总结了塔式起重机风致响应的数值模拟研究进展,重点对风荷载模型、动力响应计算以及风振控制研究等进行了分析和研究。
【总页数】3页(P41-43)
【作者】孙晓晓
【作者单位】华北水利水电大学
【正文语种】中文
【中图分类】TH2
【相关文献】
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大跨度金属屋面风荷载特性和抗风承载力研究进展综述
大跨度金属屋面风荷载特性和抗风承载力研究进展综述1. 引言1.1 研究背景大跨度金属屋面在现代建筑中得到广泛应用，其风荷载特性和抗风承载力是保证整体结构安全稳定的重要因素。
随着建筑工程技术的不断发展和完善，大跨度金属屋面在设计和施工过程中面临着越来越复杂的挑战。
对大跨度金属屋面风荷载特性和抗风承载力进行深入研究，具有重要的理论和实际意义。
研究背景中，大跨度金属屋面的风荷载特性是指金属屋面在风力作用下的应力分布和变形特点。
金属屋面的几何形状、材料力学性能以及结构支撑体系的刚度和稳定性等因素都会影响其风荷载特性。
而金属屋面的抗风承载力则是指金属屋面在极端风载作用下的承载能力，需要考虑金属屋面结构的整体稳定性、材料的疲劳耐久性以及焊接连接的可靠性等因素。
深入研究大跨度金属屋面的风荷载特性和抗风承载力，对于提高金属屋面整体结构的安全性和稳定性，具有重要的现实意义。
1.2 研究意义大跨度金属屋面风荷载特性和抗风承载力研究具有重要的研究意义。
随着城市建设规模的不断扩大，大跨度金属屋面建筑在现代建筑中得到了广泛应用，其承载风荷载的性能直接关系到建筑结构的安全性和稳定性。
研究大跨度金属屋面风荷载特性和抗风承载力，可以有效提高建筑结构的抗风性能，保障建筑物和人员的安全。
随着气候变暖和极端天气事件频繁发生，风荷载对建筑物的影响日益凸显。
通过深入研究大跨度金属屋面风荷载特性和抗风承载力，可以为制定更为科学合理的风荷载标准和设计规范提供有力的依据，从而提高建筑物的抗风能力，减少因风灾造成的损失。
对大跨度金属屋面风荷载特性和抗风承载力进行研究具有重要的理论与实践意义，可以为建筑结构设计、风灾防范和减灾减损提供科学依据，推动相关领域的发展和进步。
1.3 发展现状当前，随着现代建筑技术的不断发展和进步，大跨度金属屋面的应用范围越来越广泛。
大跨度金属屋面不仅具有较轻的自重和较高的强度，还具有较好的耐腐蚀性和抗风压性能。
由于金属材料的特殊性质，大跨度金属屋面在受到风荷载作用时容易产生振动和应力集中现象，导致屋面的承载能力受到挑战。
膜结构的荷载分析
1 引言从1971年起，很多学者将非线性有限元技术应用于膜结构的实际设计中，可以说迄今建成的大部分膜建筑都是由根据这套理论编制的程序设计的。
该理论采用三角形单元，考虑几何非线性和皱折影响，把膜材看成各向异性的弹性材料。
所得结果基本满足工程需要。
但由于所选单元精度不高，且材料矩阵难以反映膜结构显著的徐变特征，所以还不能说该理论就很完备了。
一直到现在很多学者还在从理论上继续深入研究膜这种特殊材料的力学性能。
这些研究一般不以整个的膜建筑为研究对象，而是将一块膜张拉固定成某一简单形状，然后考虑各种复杂情况，如几何非线性与材料非线性同时存在；粘弹性时间历程对本构关系的修正：局部受热与皱折松弛的扩展；膜索之间滑移现象等。
应用薄膜力学理论和一些如有限元和有限差分的数值方法，取得了很多杰出的研究成果。
但在大型的工程设计程序中还未见采用如此复杂的计算理论，主要是因为大型工程本身设计计算量已经很大，更复杂的理论将导致计算结果难以控制。
今后的目标就是要研制精度更高又切实可行的计算程序。
本文的内力分析使用的还是有限元方法，与以前不同的是采用曲面6节点三角形单元和曲线索单元，应变的线性部分引入了法向位移及单元的曲率和扭率，非线性部分仍然保留法向位移的影响项。
这样无论是每个单元还是各单元合并后的平衡方程都能很容易满足，迭代次数大为减少，而变形结果也更符合真实情况，且由于单元内各点应力都不相同，据此判断皱折是否出现会更为精确。
最后求出的每个单元的曲率和扭率对于判断初始找形的正误和优劣以及裁剪下料都能提供很多非常有用的信息。
采用曲面单元，能够更好地反映膜结构的真实几何形状，因为曲面单元的边界为曲线。
与直线边界单元比较，前者大大提高了拟合曲线边界的能力、减少了几何离散所带来的误差，计算精度较高，且单元可取得相对大些．弥补了平面单元由于节点较多，带宽太大的缺陷。
由于上述优点，如果用曲面单元划分的网格和用平面单元划分的网格相同。
则采用曲面单元可以比采用平面单元得到更好的计算结果。
高层建筑结构在风荷载下的响应与抗震分析研究
高层建筑结构在风荷载下的响应与抗震分析研究引言：高层建筑由于其高度、特殊的设计要求以及复杂的结构特征，在面对自然灾害及其他外力作用时，需要进行精密的分析研究。
其中，风荷载是影响高层建筑结构的一项重要因素，对高层建筑的结构稳定性和抗震性能具有重要影响。
在本文中，将探讨高层建筑结构在风荷载下的响应和抗震分析研究的相关内容，以帮助我们更好地理解和应对这一问题，确保高层建筑的安全性。
一、风荷载对高层建筑结构的影响1. 风荷载的特点：风荷载是由大气层中产生的气流对建筑物施加的一种力，具有无规律、随机性强、变化快的特点。
风荷载的大小受到建筑的高度、形状、材料等因素的影响。
2. 风荷载对高层建筑的影响：风荷载会导致高层建筑产生荷载响应，如结构的位移变形、应力增加等。
长期的风荷载作用还会造成结构疲劳及损伤，降低建筑物的使用寿命。
二、高层建筑结构的响应分析1. 风荷载下的结构位移响应：高层建筑结构在风荷载作用下会产生位移，通过数值模拟分析可以计算出不同位置的位移响应，帮助工程师了解结构的稳定性及承载能力。
2. 结构的应力分析：风荷载会导致高层建筑结构产生应力集中现象，通过应力分析，可以判断结构的抗风能力，进而确定是否需要进行加强设计。
3. 动力响应分析：风荷载作用下的结构会受到周期性的振动，通过动力响应分析，可以确定结构在不同风速下的振动频率和阻尼比，以便设计师优化结构设计。
三、高层建筑结构的抗震分析1. 结构的地震反应分析：高层建筑需要根据所处地区的地震活动性质、频率和强度等因素进行地震反应分析。
通过模拟不同地震荷载下的反应，可以评估结构的稳定性和安全性，并确定结构的抗震设计参数。
2. 抗震设计的优化：在进行抗震分析的基础上，可以对高层建筑结构进行优化设计，以提高结构的抗震能力，如使用钢筋混凝土框架结构、增加横向抗剪墙等。
3. 结构的减震与隔震措施：为了减小地震对高层建筑结构的影响，可以采用减震和隔震措施，如设置减震器、隔震基础等，以减少地震荷载对建筑物的损害程度。