高层高耸结构考虑风-结构-土耦合作用时的风振研究

来源 :同济大学工程力学与技术系 同济大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:aonHdt6b
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随着现代建筑物的设计高度越来越高,其柔性也越大,结构频率降低,风对结构的影响 也变得越来越大。在目前的结构风振研究中,由于计算过程的复杂,大多数分析均做了一定 的简化,尤其是没有考虑风、结构、土之间的耦合作用。本文回顾了土结构相互作用和结构 风振的国内外研究现状,选定了“高层高耸结构考虑风-结构-土耦合作用时的风振问题”作 为本文的研究内容。 本文首先研究了高层高耸结构考虑风与结构耦合作用的风振响应分析问题,首次全面考 虑了结构速度与风速的耦合作用。由于在运动方程中出现了结构速度的一次项及二次项,使 结构运动方程成为非线性方程,给运动方程的求解带来困难。本文利用线性滤波器法并考虑 空间相关性模拟了风速时程,并利用此风速时程,首次提出采用傅立叶变换—时域迭代法求 解该问题。计算分析研究表明对于结构基频较低的高耸型塔架结构,在进行结构风振理论计 算时,应考虑风与结构的耦合作用。 为了研究土—结构相互作用对结构风振响应的影响,本文推导了考虑土结构相互作用时 高层建筑风振响应的运动方程。分析中考虑了两种基础形式,即箱型基础和桩基础,并进一 步地非常细致地分析研究了桩—土系统阻抗函数的特性,明确了影响桩—土系统阻抗函数的 各种主要参数,并介绍了上述运动方程的求解过程。 文中针对两种典型的高层建筑,具体推导了结构位移响应以及加速度响应的表达形式, 编制程序进行了详细的具体计算与分析,得到了在不同参数组合下结构的响应,探讨了影响 相互作用体系动力特性的主要参数。 最后,全面考虑了风-结构-土的耦合作用对高层建筑的风振响应的影响,由于整个体系 的控制方程中既有时域中的耦合关系,又有频域中的耦合关系。本文提出采用的用傅立叶变 换—时频迭代法来求解,较好地解决了用普通的方法难以解决的问题。 通过以上主要内容的研究,本文使高层高耸结构风振响应的分析更加完善,为高层高耸 结构的风振设计提供了更详尽的理论依据。 关键词:高层建筑,风荷载,非线性,风振响应,土—结构相互作用,阻抗函数,耦合, 动力分析
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