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1、2016届华 北 科 技 学 院本 科 外 文 翻 译英 文 题 目：Effects of high modes on the wind-induced response of super high-rise buildings中 文 题 目：风振响应对高振型的超高层建筑的影响姓 名： XXX 学号：XXXXXXXXX专业班级： 土木B122 学院： 建筑工程学院 指导教师： XXX 2016 年 4 月 1 日风振响应对高振型的超高层建筑的影响1.混凝土和预应力混凝土结构的重点实验室,教育部,东南大学,210096，南京,中国2.亚热带建筑科学国家重点实验室,华南理工大学,中国3.土木工程学
2、系,德克萨斯大学埃尔帕索分校,埃尔帕索,德克萨斯州79968,美国摘要：超高层建筑的振动周期的基本模式是几秒钟,它非常接近的脉动风。超高层建筑阻尼低,所以超高层建筑对脉动风非常敏感。风荷载是设计超高层建筑的关键荷载，它是已知高层建筑的风振响应分析所需的基本模式。然而,对于超高层建筑,特别是加速度响应,由于高频率模式的放大,高模式和耦合模式可能需要考虑。三个典型的超高层建筑项目与SMPSS风洞试验,采用随机振动理论方法来分析高模式风振响应的影响。可以得出如下结论:首先,位移响应的基本模式占主导地位,高模式可以被忽视。第二,加速度响应,应考虑高模式和模式耦合。最后,模态应变能仅能给出高层建筑的振动
3、能量分布，且无法描述高层建筑局部风振，特别是高层建筑的加速度响应。关键词:超级高层建筑；风洞试验；模式耦合；风振响应1介绍随着中国经济的快速发展,更多的超高建筑被建在中国沿海地区（高层建筑委员会,2010)。这些高层建筑的高度大于150米,他们通常有灵活和低阻尼特征。它们容易受到由风载产生振动问题，因此,缓解振动吸引他们的兴趣(欧文,2009;,Gu and Ye2006)。超高层建筑的风振响应有可能减少结构安全性和对乘客造成不适 通信:冯Ruoqiang重点实验室部的混凝土和预应力混凝土结构.210096年教育,东南大学,南京,中国电话(传真):+ 86-025-8379-0910电子邮件:
4、副教授,助理教授;主人支持单位:这项研究是财政支持的50908044号中国国家自然科学基金，是中国江苏省资助下的自然科学基金SBK201123270项目优先资助的。江苏高等教育学术发展教育机构和国家建筑科学重点实验室华南理工大学建筑科学，批准文号2011KA05。2011年10月24日2012年7月2日收到(Kareem,1983)。因此,风振响应是确定超级高层建筑的结构体系的关键设计标准(达文波特，988；Banavalkar,1990)。风荷载是超高层建筑的横向荷载，位于城市中心超高层建筑距离近，相互产生干扰流，因此，该准稳态理论是不适用的。在建筑设计领域中风的压力应通过风洞试验获得。高频
5、力平衡(HFFB)技术被用来确定高层建筑结构风振响应，1980年代以来（Tschanz达文波特,1983)，发展成为了空气动力特性的习惯方法。由于不仅其技术简单而且它克服了一些在 SMPSS(同步多点扫描系统) 中固有的技术困难，其用于风隧道测试。一个建筑模型技术评估的基础，从颠覆和扭转力矩测量找到适当的平衡。然而,这种方法有一些主要的限制:（a） 建筑模式形状影响线性结构，分析纠正后建筑模式形状有明显的的偏离线型（b） (b)只有two-sway和one-torsional两种基本振动模式进行响应计算，高模式的影响效果可以忽略。(c)风力的模态力的相互影响是可以被忽略的。(d)几三维复杂耦合
6、模式的全部细节乎是不可能来估计。对于具有形状复杂和耦合的三维模式的灵活超高层建筑，所有其他的限制也会显著影响传统的预测方法精度(Yip and Flay,1995)。刚性比例模型外部风压场可以直接通过SMPS技术估计。SMPS技术需要一系列的实验测量，涉及一些技术上的困难，主要由于大量压力阀门集成风荷载需要充分定义。（在理论上，一个无限的数字）。然而，SMPS技术限制压力抽头的数量使得它很难获得精确的结构设计(Ni et al., 2000; Xu et al.,2004).随着广东省建筑研究院风洞实验室设备的开发，外部压力场一般可以用512个同时测量的测量压力水头，基本能满足估计超高层建筑风
7、压场要求。可以通过随机振动理论与频谱分析方法（Holmes, 2010;Ou and Wang, 1998)得到超高层建筑的风振响应。由于HFFB可以克服随机的方法振动理论与SMPSS技术的局限性,但在超高层建筑的风振响应中，SMPSS技术和随机振动理论比HFFB更精确。众所周知,在高层建筑分析中需要两种基本模式：two-sway和one-torsional振动模式。然而,对于超高层建筑,尤其是对加速度响应,由于的高阶模态的频率放大，高阶模式和模式耦合可能都需要考虑。因此,选择三种典型实用的超高层建筑物,它们风振响应通过随机振动方法与SMPS技术得到的，并且对风振响应高阶振型的影响进行了深入的
8、讨论。2计算超高层建筑的风振响应及其风洞试验2.1计算超高层建筑的风振响应随着SMPSS技术在风洞测试中的应用,衡量压力势头阀的风压力时间历程被发现,测得风压力应用在建筑的各处。根据脉动风载荷谱，随机振动理论被用来计算建筑引起的风振反应。假设风的力量是静止的高斯随机载荷，风振耦合运动的位移响应谱密度矩阵，可以计算，在矩阵符号中： (x, y, z)是虚拟空间变量,n是频率的赫兹,m是模式数量:(in)是频模式j率响应功能,（x， y，z)是模式j的三维振动形状,S( x, y, z, n )是广义的谱密度风的力量。模式j的位移和加速度响应协方差：结合模态位移和加速度响应的CQC(完全二次组合)
9、方法：对于高层建筑，对两个摇摆振动和扭转模态的方式的结合是充分的，但对于超高层建筑，这是高强度的建筑成为灵活的，因此高模式和模式耦合可能需要考虑。在本文中，使用的前三十种模式的组合使用。当模式耦合可以忽略不计，SRSS（对模型反应的平方和的平方根）相结合的方法：最大响应受脉动风(偏离平均水平)可以估计Y=g的峰值因子及其表达式(5)所示。(Simiu和斯坎兰,1995)。 v是有效的频率,是风振响应的功率谱Y(t)，t是观测时间(t=600秒)。通过风振响应的CQC和SRSS组合方法之间的比较，讨论了超高层建筑的模式耦合。大型建筑物的顶部加速度会引起建筑居住者的不适,因此位移和顶层加速度是建筑
10、结构设计是关键问题。2.2超高层建筑的风洞试验选择了三个典型的超高层建筑A、B、c用于风振分析，其中建筑结构信息见表1。建筑物脉动风荷载的信息是通过刚性风压力模型风洞试验，建筑的时间历程是通过同时在313赫兹的速率电子扫描压力系统获得的。风洞试验建筑物的试验模型如图13所示。在风洞测试中，建筑物A、B、C的长度尺度分别为1 / 250，1 / 300和1 / 400，建筑物的地形分类是按照中国荷载规范（建筑幕墙，2006）。地形分类的平均风速为0.22，相应的梯度高度为400米。风的特点是通过组合湍流产生的尖顶，在风洞入口的屏障，和粗糙度元素沿风洞底部的上游模型实现。图4显示了模拟的平均风速分
11、布和纵向分量分布的湍流强度，图5显示了大气湍流功率谱的地形分类C。表1建筑物的结构信息建筑物横截面截面尺寸(m)层数高度(m)区域地形类别风压在10米的高度(kPa) 基本周期(s)A矩形25.928.759180珠海C0.854.59B矩形42.64743192.5深圳C0.754.45C矩形5429.384295深圳C0.755.49模式12345678频率(HZ)0.21370.24680.49150.86371.01771.54271.83452.230模式910111213141516频率(HZ)2.66812.96293.69553.8584.2075.17875.34195.57
12、1表2建筑A的固有频率图1建筑A的风洞试验图2建筑B的风洞试验图3建筑C的风洞试验图5大气湍流谱图4平均纵向风速和湍流强度曲线图3 超高层建筑的风振响应分析以超高层建筑物为例来说明高振型对风振响应的影响。双组模式：一种是考虑前30种模式的CQC方法，另一种只考虑前两个振动模式。比较建筑物A的位移和加速度之间的两种组合方法在0和90风方向如图所示67。区别取两种方法之间位移在X、Y方向最小的那一种方法，因此表明，对于位移响应，前两种振动模式占主导地位，CQC模式可被忽视。 然而，两个方法中，其区别是分布在X、Y方向的加速度是不同的，最大的区别是加速度为39.5%。因此,对于加速度反应,高模式应考
13、虑。建筑物A顶部加速度通过CQC和SRSS方法，组合前30种模式下所有风方向进行比较，如图8所示。最大加速度在两个方法中相差25%,最大加速度风向165,相差是11%。在大多数情况下,加速度由CQC小于SRSS。因此，加速响应应考虑模式耦合。超高层建筑必须讨论风振响应模式的比例，结构的应变能总模式是通过：E=（6）是模式j的模态刚度，是第j振型位移方差,是j模式的模态应变能。响应模式j的比例被定义为。建筑A的模式应变能的比例如图912，第一种模式是在X方向的响应占主导地位。在x方向的第一模态应变能量比例大于90%，但其他模式影响不大。 第二种模式在Y方向的响应占主导地位，第二模态应变能比例在Y
14、方向大于93%，其他模式影响不大。根据模式应变能的比例，第二种模式似乎足够，则其他模式不需要考虑。然而，高模式的加速度响应中发挥重要的作用。因此，应变能不反映局部振动的结构，反映了整个结构的振动能量分布，特别是超高层建筑顶部加速度。高度（m）在x方向的位移(m)在x方向的加速度(m/s2）图6建筑A在0风向下位移和加速度高度（m）在y方向的位移（m）在y方向的加速度（m/s2）图6建筑A在0风向下位移和加速度高度（m）在x方向的位移(m) 在x方向的加速度（m/s2）图7建筑A在90风向下位移和加速度高度（m）在y方向的位移（m）在y方向的加速度（m/s2）图7建筑A在90风向下位移和加速度在x方向上Top acc. (m/s2 )风向()图8对构建SRSS和CQC方法之间的所有风向下的顶层加速度的比较在x方向上Top acc. (m/s2 )风向()图8对构建SRSS和CQC方法之间的所有风向下的顶层加速度的比较X方向的应变能量比例模式图9在x方向上0风向下的所有的应变能比例模式y方向的应变能量比例模式图10在y方向上0风向下的所有的应变能比例模式X方向的应变能量比例模式图11在x方向上90风向下的所有的应变能比例模式
