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高层建筑风致响应实测测点的优化布置研究

作　者: 苏万林
导　师: 李正农
学　校: 湖南大学
专　业: 结构工程
关键词: 高层建筑 简化建模 风致响应 功率谱 测点优化布置
分类号: TU973.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 37次
引　用: 1次
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内容摘要


近年来,高层建筑大量兴建,而风荷载是高层建筑设计的控制荷载之一,结构风效应的现场实测结果是掌握结构风荷载作用机理和结构动力响应及破坏机理最直接的资料,也是修正现有试验方法和理论模型最为权威的依据。本文对高层建筑风致响应进行了简化分析,并对其实测的测点优化布置问题进行了研究,提出了新的测点优化布置方法。本文首先对高层建筑风致响应实测测点优化布置研究状况进行了综述,包括:传感器(测点)优化布置准则和计算方法、以及各个学者在这些方面的研究,最后,总结了传感器与测点优化布置仍然存在的问题。其次,本文采用将高层建筑结构凝聚成多个质点的方法对高层建筑进行简化建模,得到最简便的葫芦串模型,并对简化模型进行动力特性分析,自振频率的计算结果与实测结果吻合的很好。然后,对高层建筑多维动力响应实测中测点的优化布置方法进行了研究,提出了高层建筑二维风致响应实测时适应度的计算方法,基于此适应度给出了二维测点优化布置的方法,并通过算例对此方法在实际工程中的应用进行了研究,从而将已有的高层建筑实测点优化布置研究从单向优化拓展到了多维优化。本文应用前述所建立的高层建筑简化模型计算了其风致加速度响应,然后进行了功率谱分析,并基于功率分析结果提出了新的测点优化布置判断准则,提出了可应用于高层建筑风致响应实测的测点优化布置新方法。最后,对全文的主要工作进行总结,得出本文的主要结论,并结合目前的实际研究现状,对高层建筑的实测测点优化布置方法的进一步研究进行了展望。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章 绪论  9-15
  1.1 引言  9-10
  1.2 高层建筑风致响应概述与研究方法  10-12
    1.2.1 风及风特性  10
    1.2.2 高层建筑风致响应分类  10-11
    1.2.3 高层建筑风致响应的影响因素  11
    1.2.4 高层建筑风致响应研究方法  11-12
  1.3 高层建筑风致响应实测测点优化研究背景与现状  12-14
    1.3.1 高层建筑风致响应实测测点优化的研究背景  12-13
    1.3.2 高层建筑风致响应实测测点优化的研究现状  13-14
  1.4 本文的主要研究工作  14-15
第2章 传感器(测点)优化布置理论  15-22
  2.1 引言  15
  2.2 传感器的定义  15-16
  2.3 测点和传感器优化布置准则及方法  16-21
    2.3.1 传感器优化布置准则  16-18
    2.3.2 传感器优化布置的计算方法  18-20
    2.3.3 传感器(测点)优化布置需要进一步研究的几个问题  20-21
  2.4 本章小结  21-22
第3章 高层建筑的简化建模及自振特性分析  22-37
  3.1 简化模型分类  22-23
  3.2 简化模型的基本参数  23-26
    3.2.1 高层建筑结构分析的基本假定  23-24
    3.2.2 等效质量  24
    3.2.3 等效转动惯量  24-25
    3.2.4 等效刚度  25-26
  3.3 自振特性  26-28
  3.4 简化建模及自振特性分析  28-35
    3.4.1 有限元软件ANSYS 简介  28-29
    3.4.2 简化模型的单元类型  29
    3.4.3 简化建模  29-30
    3.4.4 自振特性分析  30-35
  3.5 本章小结  35-37
第4章 高层建筑多维风致响应实测中测点的优化布置  37-46
  4.1 引言  37
  4.2 高层建筑风致响应实测时测点优化布置的适应度  37-41
    4.2.1 适应度计算  38-40
    4.2.2 高层建筑在风荷载作用下的振型参与系数  40-41
  4.3 根据适应度函数值确定测点的最优布置  41-45
  4.4 本章小结  45-46
第5章 高层建筑风致响应的简化计算  46-59
  5.1 大气边界层风场的基本特性  46-51
    5.1.1 平均风特性  46-47
    5.1.2 脉动风特性  47-51
  5.2 风荷载的确定  51-52
  5.3 风致响应计算  52-58
  5.4 本章小结  58-59
第6章 基于功率谱分析的高层建筑实测测点优化布置  59-71
  6.1 结构随机振动简介  59-60
  6.2 功率谱分析  60-61
  6.3 快速傅里叶变换(FFT)  61-63
  6.4 结构风致响应功率谱密度估计  63-66
  6.5 基于功率谱分析的高层建筑动力响应实测测点优化布置  66-69
    6.5.1 结构振动能量计算与分析  66-67
    6.5.2 测点优化布置方法  67
    6.5.3 计算实例  67-69
  6.6 本章小结  69-71
结论  71-73
参考文献  73-78
致谢  78-79
附录 A (攻读硕士学位期间参加的科研项目)  79

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 高层建筑 > 高层建筑结构 > 结构分析与计算
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