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1、摘要摘要随着科学技术的进步、社会的发展和城市化进程的加快，300米以上的高层建筑得到了迅猛地发展。由使用新材料、新工艺和新的施工技术建造起来的超高层建筑通常是轻质高揉结构，这类建筑对于风环境特别敏感，风荷载已成为超高层建筑的重要控制荷载。大量实验表明，超高层建筑的横风向动力响应通常要比顺风向的大。在工程应用中，横风向的等效静态风荷载有时甚至起到了决定性的作用。对于一些结构平面不规则的建筑，由于结构与风之间会相互影响，有时会使结构响应急剧放大而导致结构不稳定乃至破坏，影响结构使用和安全。因此，需要对一些超高层建筑进行气动弹性效应影响的研究。本文根据在建或已建成的众多超高层建筑为考虑对象，设计制作
2、了具有一定通用性的方形截面气动弹性模型。该模型对应的原型为455m高，宽51米，高宽比为9：1。通过一系列的加速度风洞试验，运用随机减量技术(RDT)结合ERA特征模态分析法识别出了结构的动力响应参数。同时根据高层建筑结构振动控制原理，设计了倒悬质量块的减振装置(TMD)。通过可调质量块来改变减振装置的参数，使其达到最好的减振结果。结果发现，减振参数的选取对减振效果起着重要的关系。在00时对x方向（顺风向），降低了振动响应；由于减振装置的安装使结构的固有特性发生了改变，使得其对y方向（横风向）振动响应的控制非常有限，没有达到预期的效果。最后，通过和刚体模型数据进行了对比，发现在正常情况下，结构
3、是很安全的，刚体模型试验数据是可靠的。虽然达到一定风速时，会有负的气动阻尼产生，但这只是短暂的且数值很小，可以忽略其影响。关键词：风洞实验；气弹模型；高层建筑；气动阻尼；随机减量技术；TMD减振控制；62AbstractAbstractAlong with societys development、improvement of technology and city-lized proceeding, many tall buildings are being constructed rapidly. For the use of new material、new craft and new
4、construction technique， constructions are turning softer and lighter. To this kind of construction, the structure is especially sensitive to wind load. The wind load has become the extra-high buildings important controlling load.Massive experiments indicate that extra-high buildings dynamic response
5、 in crosswind is usually greater than that in along wind. In projects application, the equivalent crosswinds static wind load may play a decisive role. To some irregular structures, because of mutual influence between the structure and wind load, sometimes the dynamic response may be made to enlarge
6、 suddenly and cause the structure unstable. This will affect the structures use and security. Therefore, we need to do some aerodynamic research about the extra-high buildings.In this articles 3rd chapter, we design and manufacture a elastic model based on Guangzhou west tower which is 432m high, 3r
7、d high in china and 6th in the world. The building selects triangle round arc plane and uses core barrel encryption rib column structure. Through a series of acceleration wind tunnel test, use Random Decrement Technology (RDT) and Eigensystem Realization Algorithm (ERA) method to analyze the structu
8、res dynamic response and characteristic parameter. By comparing with the rigid body model data, we discover that in normal conditions, the structure is very safe and the rigid body experiment data is reliable. Although at some certain wind-speed, it will appear negative aerodynamic damping, it is sl
9、ight and short, and it will not result in the structures damage. Its negative influence can be neglected.In the 4th chapter, according to the high-rise constructions vibration control principle, we design a TMD device. Change the anti-vibrations device character to achieve its great effect. The resu
10、lt appeared that in 0 angle x-direction (along wind), the acceleration response was decreased. While in 0 angle y-direction (crosswind), for the device changes the structures character and makes the first prime frequency move ahead, the vibration in this direction turns bigger. To some extent, this
11、makes the structure unstable.Key words: wind tunnel test; aero-elastic model; tall building; aerodynamic damping; Random Decrement Technology; TMD anti-vibration control;目录目录摘要IAbstractII目录III第1章绪论11.1引言11.2超高层建筑抗风试验概述11.2.1风的特性11.2.2风对建筑结构的作用21.2.3超高层建筑风洞试验31.3国内外在本方向的研究现状51.4本文的主要工作7第2章风洞实验技术及试验方案
12、92.1实验设备92.1.1风洞92.1.2振动测试分析仪器102.1.3加速度计量设备112.1.4风速测量设备112.2风场模拟112.2.1风速剖面112.2.2湍流度122.2.3湍流积分尺度132.2.4脉动风空间相干函数132.2.5脉动风速谱132.2.6C类风场风速模拟142.3实验模型设计原理162.4工程概述和模型参数确定182.4.1工程概述182.4.2材料和试验参数192.4.3模型尺寸20第3章广州珠江新城西塔气动弹性效应283.1概述283.2试验数据分析方法与试验工况错误！未定义书签。3.2.1数据预处理错误！未定义书签。3.2.2随机减量（RDT）原理错误！未
13、定义书签。3.2.3试验工况错误！未定义书签。3.3风致加速度响应313.3.1滤波前后对比313.3.2加速度随风速变化323.3.310年重现期加速度333.4阻尼识别结果353.4.1模型总阻尼353.4.2模型结构阻尼393.4.3气动阻尼413.5与刚性模型试验结果进行对比423.6东塔的干扰效应433.7本章小结45第4章广州西塔模型减振控制的初步研究464.1概述464.2减振原理介绍464.2.1几种常见的减振措施464.2.2TMD可调质量减振原理484.3西塔气弹模型减振装置的实现504.4减振实验结果及分析514.5本章小节55第5章结论和展望565.1本文的工作总结56
14、5.2未来研究工作展望57参考文献58致谢61个人简历与发表论文情况62第1章 绪论第1章 绪论1.1 引言规范中对超过一定高度的超高层建筑横风向风荷载还没有明细的条文，仅有一些资料文献123和一些学术研究成果4，但大多不具有工程背景。对一些体型稍微复杂的，规范上建议进行风洞试验。虽然目前通过一些大型商业软件，也能对一些超高层建筑进行模拟试算，但对一些重要且结构平面不大规则的超高建筑仍需进行风洞试验。考虑到一般结构的基阶或前几阶响应对结果贡献很大，也为了模型制作的方便，常常使用刚体模型测压和力天平试验。虽然通过计算修正，考虑了实际风与结构的影响，但由于超高层建筑总体结构偏柔，仅由刚体模型数据进
15、行修正，还不足以完全反映结构与风的作用机理。况且，横风向的几种激励相互影响，气流分离，再附，结构与风的周期性脉动，等等都会显著地放大结构的动力响应。所以，对一些截面形体不大规则的超高层建筑，要比较准确地进行响应分析，就需要进行气动弹性风洞试验。本文对在建的广州西塔工程项目进行了气动弹性模型风洞试验研究，并根据振动控制理论设置了减振措施。对气动弹性模型试验结果和刚性模型试验结果进行比较，能检验刚体模型实验的可靠与安全，对容易引起结构破坏的机理进行了试验研究。最后设置的减振装置可以考察其减振的效果，对改善结构响应、节约工程造价具有重要意义。本文的实验结果可以作为荷载复核的依据，也可作为相近工程的一些参考。通过卓有成效的研究，能对后续研究产生积极的影响，为本方向的研究积累一些数据。本文的工作的意义在于：（1）验证刚性模型试验的结果。（2）分析结构阻尼随变化而变化的规律，为同类重大土木工程的抗风设计提供一些依据。（3）安装减振装置有助于改善使用条件、节约工程造价。1.2 超高层建筑抗风试验概述1.2.1 风的特性我国自然灾害频繁，每年因地质气候灾害造
