一種適用于高聳佛像的風振系數計算方法
【專利摘要】本發明公開了一種適用于高聳佛像的風振系數計算方法，包括：1）首先，進行高聳佛像的動態測壓風洞試驗；通過試驗得到可應用于高聳佛像的風振系數計算的平均和脈動風壓系數；2）利用有限元軟件建立高聳佛像的有限元模型，并進行結構動力特性的計算；3）最后，計算高聳佛像的風振系數。本發明均假設結構只發生小變形；并且結構剛度和阻尼不變；而且忽略結構的氣動彈性效應。該計算方法與現有技術相比，概念清晰、簡單易用；可以考慮非線性因素的影響；適用于高聳佛像的風振系數計算。
【專利說明】一種適用于高聳佛像的風振系數計算方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于風振計算【技術領域】，涉及一種風振系數計算方法，尤其是一種適用于高聳佛像的風振系數計算方法。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著我國高聳建筑結構的發展，其風致振動的問題受到越來越多的關注。新疆西王母像位于北天山中段博格多山北坡的天池旁，其外形獨特、自身高度大(60余米)且所處山頂海拔高，因此，對風的作用將會很敏感，容易發生風致振動。而在現行的《建筑結構風荷載規范中》(GB50009-2001)中，針對非規則高聳佛像抗風設計參數的取值方法尚不完善，難以確定合理的設計值。
[0003]由于風荷載的考慮不周而出現的工程事故在國內外時有發生。所以，對于類似西王母像的非規則高聳佛像，有必要根據建筑結構的實際特點，進行風洞試驗，并將試驗所得的風荷載時程作用在有限元模型上，進而計算非規則高聳佛像的風振系數，以此為將來同類工程的建設提供重要的參考和依據。有鑒于此，本發明提出了一種適用于高聳佛像的風振系數計算的方法。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供一種適用于高聳佛像的風振系數計算方法，該方法概念清晰、簡單易用；適用于高聳佛像的風振系數計算。
[0005]本發明的目的是通過以下技術方案來實現的:
[0006]這種適用于高聳佛像的風振系數計算方法，包括以下步驟: [0007]I)首先，進行高聳佛像的動態測壓風洞試驗；通過試驗得到可應用于高聳佛像的風振系數計算的平均和脈動風壓系數；
[0008]2)利用有限元軟件建立高聳佛像的有限元模型，并進行結構動力特性的計算；
[0009]3)最后，計算高聳佛像的風振系數。
[0010]進一步，上述步驟I)中，具體為:
[0011]在風洞中選一個不受建筑模型影響、且遠離風洞洞壁邊界層的位置作為參考點；將所測得的各測壓點處的風壓值和參考點處的總壓和靜壓值，按式(I)計算參考點處的動壓，作為參考風壓的各測壓點無量綱風壓系數Cft為:
? , P _ P, - P._ P, -Pa,,,、
[0012]CFr--⑴
P^ -Pru,(Ir
[0013]式中噸=Prfl-Pr =O為參 考點處的動壓；
[0014]按式(2)把測得的無量綱風壓系數換算成以與地貌無關的梯度風壓為參考風壓的風壓系數G:
[0015](Z,廣 C;,.=(57.6/350)°'2 =0_5613C;:(2)[0016]在此基礎上，R年重現期對應的各測壓點處的實際風壓值戎按式(3)計算:
_7] plR = C1pWgr(3)
[0018]式中:4是平均風壓系數&_或均方根脈動風壓系數Cpmis M是平均風壓Pmean,
均方根脈動風壓P?s,K ;wG,E為R年重現期對應的實際梯度風壓。
[0019]進一步,上述參考點的位置為:高度0.96m。
[0020]進一步，上述步驟2)具體為:應用有限元軟件ANSYS建立佛像鋼骨架的有限元模型:①采用Beam4單元來模擬立柱和主梁；②將銅皮外衣等效成附加在外圍一圈主梁上的線荷載；將各樓層的恒載和活載等效成附加質量，采用MASS21單元來模擬，并施加在相應的主梁節點上。
[0021]進一步，上述步驟3)中，計算高聳佛像的風振系數具體為:
[0022]結構的風振系數β ζ定義為:總風荷載的概率統計值與靜風荷載的概率統計值的比值；其中:
[0023]β z = (Rs+Rd)/Rs = 1+Rd/Rs ⑷
[0024]式中:RS為平均風產生的響應；Rd為脈動風產生的響應；利用風洞試驗所得的各個測點的風壓系數時程，計算各測點的荷載時程向量，并加載至有限元模型對應的節點上，在此基礎上，利用ANSYS參數化設計語言編制能夠精確求解非規則高聳佛像風振響應的程序，計算佛像的風振系數。
[0025]本發明具有以下有益效果:`[0026]本發明適用于高聳佛像的風振系數計算方法，均假設結構只發生小變形；并且結構剛度和阻尼不變；而且忽略結構的氣動彈性效應。該計算方法與現有技術相比，概念清晰、簡單易用；可以考慮非線性因素的影響；適用于高聳佛像的風振系數計算。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1分區及測點布置圖，其中，Ca)為正面測點布置示意圖，(b)為背面測點布置圖；
[0028]圖2為B類地貌大氣邊界層風速剖面圖表；
[0029]圖3為風壓系數時程(測點42)圖，其中(a)為測點42，(b)為測點45 ；
[0030]圖4為風壓系數隨風向角變化曲線圖，其中(a)為測點42，(b)為測點45 ；
[0031]圖5為西王母像鋼骨架有限元模型圖；
[0032]圖6為基階振型圖；
[0033]圖7為非規則高聳建筑結構風振系數的計算流程框圖；
[0034]圖8為風向角的變化對風振系數的影響曲線。
【具體實施方式】
[0035]本發明的這種適用于高聳佛像的風振系數計算方法，包括以下步驟:
[0036]I)首先，進行高聳佛像的動態測壓風洞試驗；通過試驗得到可應用于高聳佛像的風振系數計算的平均和脈動風壓系數；具體為:
[0037]在風洞中選一個不受建筑模型影響、且遠離風洞洞壁邊界層的位置作為參考點；將所測得的各測壓點處的風壓值和參考點處的總壓和靜壓值，按式(I)計算參考點處的動壓，作為參考風壓的各測壓點無量綱風壓系數Cft為:
【權利要求】
1.一種適用于高聳佛像的風振系數計算方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)首先，進行高聳佛像的動態測壓風洞試驗；通過試驗得到可應用于高聳佛像的風振系數計算的平均和脈動風壓系數； 2)利用有限元軟件建立高聳佛像的有限元模型，并進行結構動力特性的計算； 3)最后，計算高聳佛像的風振系數。
2.根據權利要求1所述的適用于高聳佛像的風振系數計算方法，其特征在于，步驟I)中，具體為: 在風洞中選一個不受建筑模型影響、且遠離風洞洞壁邊界層的位置作為參考點；將所測得的各測壓點處的風壓值和參考點處的總壓和靜壓值，按式(I)計算參考點處的動壓，作為參考風壓的各測壓點無量綱風壓系數Cft為:
3.根據權利要求2所述的適用于高聳佛像的風振系數計算方法，其特征在于，所述參考點的位置為:高度0.96m。
4.根據權利要求1所述的適用于高聳佛像的風振系數計算方法，其特征在于，步驟2)具體為:應用有限元軟件ANSYS建立佛像鋼骨架的有限元模型:①采用Beam4單元來模擬立柱和主梁；②將銅皮外衣等效成附加在外圍一圈主梁上的線荷載；將各樓層的恒載和活載等效成附加質量，采用MASS21單元來模擬，并施加在相應的主梁節點上。
5.根據權利要求1所述的適用于高聳佛像的風振系數計算方法，其特征在于，步驟3)中，計算高聳佛像的風振系數具體為: 結構的風振系數βζ定義為:總風荷載的概率統計值與靜風荷載的概率統計值的比值；其中:
β z = (Rs+Rd) /Rs = 1+Rd/Rs ⑷ 式中:RS為平均風產生的響應；Rd為脈動風產生的響應；利用風洞試驗所得的各個測點的風壓系數時程，計算各測點的荷載時程向量，并加載至有限元模型對應的節點上，在此基礎上，利用ANSYS計算佛像的風振系數。
【文檔編號】G06F19/00GK103488877SQ201310404339
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月6日 優先權日:2013年9月6日
【發明者】李宇, 車艷陽, 王森, 王濤, 白樺, 李加武 申請人:長安大學