基於風振回響的超高層建築風荷載反分析方法研究

《基於風振回響的超高層建築風荷載反分析方法研究》是依託武漢理工大學，由郅倫海擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於風振回響的超高層建築風荷載反分析方法研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：郅倫海
• 依託單位：武漢理工大學

項目摘要

本項目將現場實測、風洞實驗和理論分析結合起來，系統地研究超高層建築風荷載反分析方法。基於網際網路技術建立超高層建築風效應監測系統，測試強/颱風登入過程中的風特性及結構風致回響，獲取超高層建築的動力特性和風振信息；研究超高層建築風荷載頻域及時域反分析新方法，建立相應的理論模型；以實測動力參數及風致回響為基礎反演超高層建築順風向、橫風向的脈動風荷載，系統地研究超高層建築風荷載的作用機理及風致回響的規律性特徵，評估回響類別、動力特性參數估計誤差及有限元模型分析誤差等因素對風荷載反演結果的影響；開展氣動彈性風洞實驗，進一步發展和完善超高層建築脈動風荷載的反分析理論；利用數值模擬評估脈動風荷載反分析方法的適用性及可靠性，提出實用的反演算法。研究成果將為超高層建築抗風設計及相關研究提供有用的資料及依據。

結題摘要

隨著輕質、高強材料的廣泛套用，現代超高層建築往更高、更柔的方向發展, 風荷載成為此類結構的主要控制荷載。一般的來說，超高層建築風致回響的測量技術較為成熟，但風荷載卻難以實現現場測量。因此，根據實測結構動力參數及風致回響來反演結構風荷載，成為間接量測超高層建築風荷載的一種有效途徑。 本項目綜合運用現場實測、風洞實驗和理論分析，系統地研究了超高層建築風荷載反分析方法。建立了基於網際網路的遠程結構健康監測系統，測試了多次強/颱風過程中的風場特徵及超高層建築結構風振回響，分析了城市上空的強/颱風特性（包括平均風速、風向、湍流強度、陣風因子、峰值因子、湍流積分尺度和風速譜），驗證了風場的湍流強度和陣風因子隨風速的增大而減小、湍流積分長度隨平均風速的增大而增大等規律，建立了典型城市中心的湍流剖面模型。在大量實測風致回響數據的基礎上識別了結構的自振頻率、振型，並與有限元計算結果進行了對比，利用隨機減量法評估了結構阻尼比隨振幅的非線性變化特徵。基於卡爾曼濾波基本理論提出了三種風荷載反演新方法，並結合有限樓層的實測風致回響和動力參數實現了超高層建築未知風荷載及風致回響的實時同步反演，揭示了超高層建築風荷載的作用機理。完成了不同外形的超高層建築物在不同流場條件下的風洞實驗，利用實驗得到的風致回響識別了結構風荷載，並與風洞實驗結果開展了對比性研究，評估了風致回響類別、結構動力參數估計誤差、模態截斷、測量噪聲及噪聲協方差矩陣等因素對風荷載反演結果的影響，驗證了三種反演新方法的有效性。對典型超高層建築開展數值模擬研究，進一步評估了三種反演新方法的適用性及可靠性。研究成果將為超高層建築抗風設計及相關研究提供有用的資料及依據。