超高层建筑风荷载反分析识别研究

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超高层建筑具有柔度大、阻尼小、迎风面大等特点,对于这些建筑来说,其结构的显著特点就是,侧向荷载--风荷载是其最主要的控制因素。风力的大小对建筑结构的安全有重要影响,但是在实际工程中,要准确测量结构每一个位置受到的风力是十分困难甚至是不可能的。而一般而言,响应测量的精度要比风荷载测量的精度要高,而且响应的测量较为简单方便。超高层建筑风荷载的反分析识别研究,旨在探寻一种“通过测量超高层建筑动态响应来反向计算超高层建筑所受风荷载”的方法,这种方法将有效解决现实工作中“超高层建筑结构风荷载难以准确测得”的问题。  本文基于广州珠江新城“昊和大厦”刚性模型风洞测压试验,利用所得风压数据,通过对测孔风压所在区域面积进行积分计算,并最终得到了该建筑各层的风荷载时程数据。这一风荷载时程数据,将作为该建筑在风荷载作用下进行正分析的输入条件。在建立该建筑风荷载作用下结构动力方程的基础上,基于时程分析法(Newmark法)进行了其在风荷载作用下的时域分析,计算得到该建筑各层的位移、速度和加速度响应时程。  介绍了动态荷载反向识别的发展和研究现状,叙述了频域内和时域内动态荷载反向识别的研究成果。详细介绍并推演了超高层建筑风荷载的反分析识别方法,结合脉动风的空间相关性,提出了基于荷载归一化统计平均方法的风荷载反分析识别方法,并给出了相应的数学证明。  根据前已求得的该建筑的响应,进行了风荷载反分析识别方法的工程实践。运用统计学方法对前已求得的结构的响应进行分析,确定其可以用于进行风荷载反分析识别。采用荷载归一化统计平均方法对物理参数未知的结构进行风荷载复合反演研究,根据自编的基于Matlab的程序进行计算,在成功识别出结构刚度的同时反演出结构的风荷载。对该方法对噪声适用性进行了评估,结果显示,在无噪声条件下的参数识别与初值的选取无关,且最大误差不超1%,风荷载反演结果与真实值相差很小。在噪声水平达到30%时,识别误差在10%左右,风荷载反演结果与真实值变化规律仍然趋同。  以测得的动力响应来反演结构的动态荷载,成为近年来兴起的间接测量荷载的一种新途径。结构风荷载的反问题研究对于更深入地了解风荷载对超高层建筑作用机理,开展风荷载作用下结构时程响应分析,进行超高层建筑安全性监测等方面的工作具有基础性的意义。
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