風(fēng)致振動簡述講義

1、風(fēng)致振動簡述,,風(fēng)洞試驗,主要內(nèi)容,風(fēng)對建筑物的破壞,風(fēng)荷載概述,風(fēng)振不適感的控制,風(fēng)工程學(xué)簡述,國外從1879年塔科馬橋風(fēng)毀以后開始風(fēng)工程研究，至今只有60多年，我國研究不到20年。,風(fēng)工程研究近年在國內(nèi)外發(fā)展很快，已形成一門新興學(xué)科，國際風(fēng)工程學(xué)會和中國風(fēng)工程學(xué)會分別于上世紀(jì) 60 年代和 80 年代成立。,風(fēng)工程學(xué)概述,近年來我國已建造并將繼續(xù)建造大量的大型風(fēng)敏感結(jié)構(gòu)。 這些結(jié)構(gòu)包括大跨橋梁、超高層建筑和高聳結(jié)構(gòu)以及大

2、跨空間結(jié)構(gòu)等。,風(fēng)工程學(xué)概述,風(fēng)荷載是控制這些大型結(jié)構(gòu)安全性和使用性設(shè)計的主要因素。,風(fēng)工程研究方法,大氣邊界層風(fēng)洞試驗 ——最直接最有效,風(fēng)洞數(shù)值模擬 ——費用低、效率高,風(fēng)工程學(xué)概述,國內(nèi)風(fēng)工程研究主要集中在高等院校，如同濟大學(xué)、湖南大學(xué)、西南交通大學(xué)和汕頭大學(xué)等，國內(nèi)風(fēng)工程研究在國際上的影響正在增大。,風(fēng)洞試驗,風(fēng)洞模型試驗是實驗研究中的一項重要手段，它與構(gòu)筑物足尺實例是相輔相成的兩個方面. 當(dāng)結(jié)構(gòu)物未建成或

3、無條件進行實測時，模型風(fēng)洞實驗則是進行研究的唯一手段。 通過對各種特殊體型的高層、超高層建筑及建筑群的風(fēng)洞試驗研究，可為設(shè)計提合理的參數(shù)，使擬建的建筑物安全可靠，經(jīng)濟合理。,風(fēng)洞試驗,風(fēng)洞試驗,當(dāng)風(fēng)洞尺寸達(dá)到寬度為2～4米、高為2～3米，長為5～30米時一般可以滿足要求。,建筑物的風(fēng)洞試驗要求在風(fēng)洞中能實現(xiàn)大氣邊界層范圍內(nèi)的平均風(fēng)剖面、紊流和自然流動，即要求模擬風(fēng)速隨高度的變化。,風(fēng)洞試驗,風(fēng)對構(gòu)筑物的作用從自然風(fēng)所包含的成分看

4、包括平均風(fēng)作用和脈動風(fēng)作用，從結(jié)構(gòu)的響應(yīng)來看包括靜態(tài)響應(yīng)和風(fēng)致振動響應(yīng)。 平均風(fēng)既可引起結(jié)構(gòu)的靜態(tài)響應(yīng)，又可引起結(jié)構(gòu)的橫風(fēng)向振動響應(yīng)。 脈動風(fēng)引起的響應(yīng)則包括了結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)靜態(tài)響應(yīng)、順風(fēng)向和橫風(fēng)向的隨機振動響應(yīng)。 當(dāng)這些響應(yīng)的綜合結(jié)果超過了結(jié)構(gòu)的承受能力時，結(jié)構(gòu)將發(fā)生破壞。,風(fēng)對構(gòu)筑物的破壞,風(fēng)對構(gòu)筑物的破壞,被颶風(fēng)卡特里娜嚴(yán)重?fù)p壞的新奧爾良多層建筑,窗戶被颶風(fēng)卡特里娜嚴(yán)重?fù)p壞的新奧爾良凱悅酒店,風(fēng)對構(gòu)筑物的破壞,臺

5、風(fēng)約克造成的香港灣仔數(shù)幢大廈玻璃幕墻損壞情況,風(fēng)對構(gòu)筑物的破壞,風(fēng)對構(gòu)筑物的破壞,風(fēng)對構(gòu)筑物的破壞,風(fēng)對構(gòu)筑物的破壞,風(fēng)對構(gòu)筑物的破壞,風(fēng)對構(gòu)筑物的破壞,風(fēng)對構(gòu)筑物的破壞,風(fēng)荷載概述,風(fēng)荷載概述,結(jié)構(gòu)風(fēng)工程研究對象和內(nèi)容廣泛。 從結(jié)構(gòu)方面來看，涉及到低矮建筑、大跨度建筑結(jié)構(gòu)、高層建筑、高聳結(jié)構(gòu)、橋梁、海洋工程結(jié)構(gòu)等； 從研究內(nèi)容來看，涉及到風(fēng)對結(jié)構(gòu)的靜力作用、風(fēng)致振動響應(yīng)、風(fēng)振控制等. 不同的研究內(nèi)容在不同的結(jié)構(gòu)

6、上往往又有不同的體現(xiàn)。,當(dāng)風(fēng)以一定速度吹向建筑物時，建筑物將對其產(chǎn)生阻塞和擾動作用，從而改變該建筑物周圍風(fēng)的流動特性。 反過來，風(fēng)的這種流動特性改變引起的空氣動力效應(yīng)將對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生作用。 由于自然風(fēng)的紊流特性，因此風(fēng)對結(jié)構(gòu)的這種作用包含了靜力作用和動力作用兩個方面，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)的靜力和動力響應(yīng)。,風(fēng)荷載概述,風(fēng)不僅對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生靜力作用，還會產(chǎn)生動力作用，引起高層建筑、各類高塔和煙囪等高聳結(jié)構(gòu)、大跨度纜索承重橋梁、大

7、跨度屋頂或屋蓋、燈柱等許多柔性結(jié)構(gòu)的振動，產(chǎn)生動力荷載，甚至引起破壞。風(fēng)致振動減振措施依據(jù)：1、結(jié)構(gòu)的風(fēng)致振動在很大程度上依賴于結(jié)構(gòu)的外形、剛 度（或柔度）、阻尼和質(zhì)量特性。2、不同的外形將引起不同的風(fēng)致動力荷載。3、結(jié)構(gòu)剛度越小，柔性越大，則其風(fēng)致振動響應(yīng)就越大。4、結(jié)構(gòu)的阻尼越高，其風(fēng)致振動的響應(yīng)也就越小。,風(fēng)荷載概述,風(fēng)壓基本特點:,1、紊亂性和隨機性,2、迎風(fēng)面壓力，背風(fēng)面吸力,3、風(fēng)壓的不確定性,風(fēng)

8、荷載概述,風(fēng)荷載概述,風(fēng)荷載概述,風(fēng)荷載概述,風(fēng)壓對高樓的危害,1.隔墻開裂,甚至主體結(jié)構(gòu)破壞,2.疲勞,失穩(wěn)破壞,3.裝飾物和玻璃幕墻破壞,4.擺動使居住者感到不適不安,風(fēng)荷載概述,隨著房屋高度增加，在強風(fēng)作用下，高樓(高層鋼結(jié)構(gòu))所產(chǎn)生的振動，使人不舒適，所以高樓的抗風(fēng)設(shè)計，不僅要滿足強度、變形和傾覆穩(wěn)定方面的要求，而且還要使高樓在順風(fēng)向振動、橫風(fēng)向振動和扭轉(zhuǎn)振動控制在不使居住者產(chǎn)生不適感的容許限度內(nèi)。,風(fēng)振不適感的控制,世界上首先

9、提出舒適感與房屋頂層加速度關(guān)系的是加拿大的達(dá)文波特教授，國內(nèi)的研究很少。,目前的計算建筑物頂層加速度的經(jīng)驗公式。通過風(fēng)洞試驗進行確認(rèn)。,風(fēng)振不適感的控制,衡量不適感的尺度1、人體對運動的承受 1970年，美國波士頓一座高樓在0.98KN/m²風(fēng)壓下，并且 ，人卻感到不適。,風(fēng)振不適感的控制,,說明用 來控制側(cè)移，并不能概括人體對運動的反應(yīng)和耐受程度。,風(fēng)振不適感的控制,研究表明：人體感覺器官不能覺察所在

10、位置的絕對位移和速度，只能感受到它們的相對變化。 線性加速度是由人內(nèi)耳中的耳石察覺到的，局部加速度則是耳內(nèi)的半規(guī)官感覺的。 所以，加速度（線性加速度和角加速度）是衡量人體對高樓風(fēng)振感受的最好尺度。,風(fēng)振不適感的控制,所以A(振幅)和T(自振周期)是表征加速度的重要指標(biāo)。,而加速度,2、人體風(fēng)振反應(yīng)的分級 a、按振幅和周期分級 A、無感覺 B、有感覺 C、令人煩躁 D、令人非常煩躁

11、 E、無法承受 b 、按加速度分級 A、B、C、D、E,風(fēng)振不適感的控制,減少風(fēng)振加速度的途徑1.合理的建筑體形 a.流線形平面（圓形或橢圓、平面切角) b.截錐狀體形(減小風(fēng)荷載和增加抗推剛度) c.不大的高寬比 d.透空層 e.并聯(lián)高樓群,風(fēng)振不適感的控制,風(fēng)振不適感的控制,流線形平面,風(fēng)振不適感的控制,透空層,風(fēng)振不適感的控制,并聯(lián)高樓群,風(fēng)振不適感的控制,截錐狀體形,風(fēng)振不適

12、感的控制,2.設(shè)置阻尼裝置 減振效果：高層鋼結(jié)構(gòu)變形和加速度控制成為控制指標(biāo)，在強度已滿足條件下，采用加大構(gòu)件截面來滿足，則不經(jīng)濟，而采用布置阻尼裝置，增加結(jié)構(gòu)阻尼的方法有效且經(jīng)濟。 應(yīng)用實例: 哥倫比亞大廈 世貿(mào)中心大廈等,風(fēng)振不適感的控制,謝謝！?。?人有了知識，就會具備各種分析能力，明辨是非的能力。所以我們要勤懇讀書，廣泛閱讀，古人說“書中自有黃金屋。