土木工程结构抗风设计 南航8
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结构在上述三种力作用下,可以发生以下三种类型的振动。
顺风向弯剪振动或弯扭耦合振动当无偏心力矩时,在顺风向风力作用下,结构将产生顺风向的振动,对高层结构来说,一般可为弯曲型(剪力墙结构),也有剪切型(框架结构)和弯剪型(框剪结构)。
当有偏心力矩时,将产生顺风向和扭矩方向的弯扭耦合振动;当抗侧力结构布置不与x、y轴一致而严重不对称时,还可产生顺、横、扭三向的弯曲耦合振动。
横风向风力下涡流脱落振动当风吹向结构,可在结构周围产生旋涡,当旋涡脱落不对称时,可在横风向产生横风向风力,所以横风向振动在任意风力情况下都能发生涡激振动现象。
在抗风计算时,除了必须注意第一类振动外,还必须同时考虑第二类振动现象。
特别是,当旋涡脱落频率接近结构某一自振频率时,可产生共振现象,即使在考虑阻尼存在的情况下,仍将产生比横向风力大十倍甚至几十倍的效应,必须予以高度重视。
空气动力失稳(驰振、颤振)结构在顺风向和横风向风力甚至风扭力矩作用下,当有微小风力攻角时,在某种截面形式下,这些风力可以产生负号阻尼效应的力。
如果结构阻尼力小于这些力,则结构将处在总体负阻尼效应中,振动将不能随着时间增长而逐渐衰减,却反而不断增长,从而导致结构破坏。
这时的起点风速称为临界风速,这种振动犹如压杆失稳一样,但受到的不是轴心压力,而是风力,所以常称为空气动力失稳,在风工程中,通常称为弛振(弯或扭受力)或颤振(弯扭耦合受力)。
空气动力失稳在工程上视为是必须避免发生的一类振动现象。
当结构沿高度截面缩小时(倾斜度不大于0.02),可近似取2/3结构高度处的风速和直径。
三个临界范围的特征为:亚临界范围:周期脱落振动超临界范围:随机不规则振动跨临界范围:基本上恢复到周期脱落振动5103Re ×<5.0~2.0≈L µ65105.3Re 103×≤≤×2.0≈L µ6103Re ×>25.0~2.0≈L µ(6-44)(6-43)(6-42)周期振动可以引起共振(涡流脱落频率接近自振频率)从而产生大振幅振动。
工程结构抗风措施介绍工程结构的抗风措施是指在建筑物、桥梁、塔架等工程结构设计和施工过程中采用的一系列防风措施。
在地震、风暴、龙卷风等自然灾害中,工程结构的抗风能力起到至关重要的作用,保证了工程结构的安全稳定。
抗风设计原理风荷载计算抗风设计的第一步是进行风荷载计算。
风荷载是指风对建筑物或结构物表面施加的力和力矩。
常用的风荷载计算方法包括等效静力法和风洞试验法。
等效静力法是一种简化的计算方法,根据建筑物的形状、面积和高度确定风荷载大小。
风洞试验法是通过在风洞中对模型进行试验,测量风荷载大小和分布情况。
结构抗风设计在风荷载计算的基础上,进行结构抗风设计。
主要采取以下措施:1.根据风荷载计算结果,设计合适的结构强度,确保结构能够承受风荷载带来的力和力矩。
2.通过增加抗风承载构件(如加强墙体、设立加强筋等),增加结构的稳定性和抗风能力。
3.采用合适的结构形式,如倾斜支撑、减振措施等,降低结构的共振风振响应,提高抗风能力。
抗风施工措施在工程结构的施工过程中,也需要采取一系列抗风措施。
1.施工材料的选择:选择适合抗风建设的材料,如抗风钢材、抗风混凝土等。
2.施工工艺的优化:合理制定施工工艺和顺序,保证施工过程中的稳定性。
3.施工设备的使用:使用适当的施工设备和技术,确保施工质量和效率。
4.施工监督和检测:加强施工监督和检测,及时发现和纠正施工中的问题,保证施工质量。
抗风结构的应用领域抗风结构广泛应用于以下领域:1.高层建筑:高层建筑面积大,高度高,容易受到强风的影响,抗风结构的设计和施工至关重要。
2.桥梁和隧道:桥梁和隧道通常横跨开放空间,抗风能力直接影响其安全稳定性。
3.塔架和烟囱:塔架和烟囱通常高耸入云,需要具备良好的抗风能力。
4.高速列车和飞机跑道:高速列车和飞机跑道需要抵抗高速气流对结构的影响,确保运行安全。
结论工程结构的抗风措施是确保工程结构在自然灾害中安全稳定的关键。
通过准确计算风荷载和设计合理的结构,以及在施工过程中采取适当的措施,可以提高工程结构的抗风能力。
土木工程专业本科课程《桥梁抗震与抗风》教学方法探讨收稿日期:2018-11-29作者简介:刘福寿(1984-),男(汉族),安徽全椒人,博士,讲师,研究方向:结构动力学与控制。
一、引言随着我国综合国力和经济实力的提升,我国在基础设施建设方面取得了飞速的发展。
桥梁结构作为交通基础设施中的枢纽工程,在发展经济和保证人民生命财产安全中起到至关重要的作用。
然而,近年来地震与风灾导致的桥梁结构破坏时有发生,2008年汶川大地震造成了重大的人员伤亡和经济损失,桥梁的安全直接关系到整个交通生命线的畅通与否,进而直接影响抗震救灾和灾后重建工作的大局[1],2018年即将通车的港珠澳大桥就经受了17级台风“山竹”的考验。
因此,对于现代的桥梁设计师和工程师而言,掌握一定的桥梁抗震与抗风设计的理念和方法十分必要。
《桥梁抗震与抗风》课程是培养桥梁设计师的一门必修课程,本课程的学习对学生今后从事桥梁结构的抗震与抗风设计及相关施工工作具有重要意义[2]。
由于本课程理论性强,同时又紧密联系工程实践的特点,在学习过程中学生基本上很难单纯依靠课本上的理论知识来了解抗震与抗风设计的细则和掌握具体的计算方法。
这就要求主讲教师具备相当的授课技巧,能够激发学生的学习兴趣和思考能力,使他们真正掌握桥梁抗震与抗风设计的要领。
鉴于本课程的上述特点,为了更好地提高教学质量,我们有必要在传统教学方法上进行一些思考和改进。
笔者根据自身的教学经历,从教学目标、教学现状、教学方法改进等方面对本课程的教学方法进行探讨。
二、教学目标《桥梁抗震与抗风》作为土木工程专业(交通土建工程方向)的一门专业课程,是培养桥梁设计师和工程师的必修课程,该课程包含理论力学、材料力学、结构力学、桥梁工程、结构设计原理等一系列专业课程的基础知识,是一门理论性很强的专业课程。
本课程首先要求学生掌握地震基本知识、桥梁震害的特点、桥梁抗震与抗风的基础知识、计算理论和分析方法,其次要求学生掌握桥梁抗震与抗风的发展历程与最新研究成果,熟悉桥梁抗震与抗风设计规范,初步具备桥梁结构抗震抗风设计的能力,在提出解决复杂结构或环境下桥梁抗震与抗风设计规范时有创新意识。
建筑结构的抗风设计抗风设计在建筑结构中起着至关重要的作用。
随着城市化进程的加快和建筑高度的不断增加,风力对建筑物的影响日益凸显。
本文将从建筑结构抗风设计的基本原理、抗风设计中的关键要素以及未来抗风设计的发展方向等方面进行探讨。
一、基本原理在进行抗风设计时,需要考虑风荷载的作用。
风荷载由于其不确定性和变化性,成为了抗风设计的主要难点。
根据建筑物所处的地理位置和气象条件,设计师需要确定适用的风荷载标准,并结合建筑物的高度和结构形式进行合理分析。
抗风设计的基本原理包括风荷载的计算、风力对建筑物的作用分析以及结构的强度和刚度的设计。
建筑物所受到的风力主要包括气压力和气动力。
气压力作用于建筑物的表面,而气动力则是由于风与建筑物之间的相对运动而产生的。
通过结构强度和刚度的设计,可以保证建筑物在风力作用下的稳定性和安全性。
二、关键要素(一)建筑结构形式不同的建筑结构形式对抗风设计的要求不同。
例如,高层建筑通常采用框架结构或剪力墙结构,而大跨度建筑常采用悬索结构或空间网壳结构。
结构形式的选择直接决定了建筑物的抗风能力。
(二)风荷载计算风荷载计算是抗风设计的重要环节。
风荷载计算需考虑建筑物的高度、地理位置、气象条件等因素,并依据相关规范和标准进行合理的计算。
风荷载计算的准确性和合理性直接影响到建筑物的抗风性能。
(三)结构材料与构件设计结构材料和构件的选择与设计也对抗风性能有着重要影响。
常用的结构材料包括钢材和混凝土,而构件设计则需要考虑风荷载的传递和分配。
合理的结构材料选择和构件设计可有效提高建筑物的抗风能力。
(四)风振问题大风作用下,建筑结构容易产生振动现象,即风振。
风振问题会对建筑物产生不利影响,甚至危及其安全性。
因此,抗风设计中需要考虑风振问题,并采取相应的抑制措施,如加装阻尼器或控制振动装置。
三、未来发展方向(一)气候变化的考虑随着全球气候变化的加剧,极端天气现象频发,抗风设计需要更加关注气候变化对风荷载的影响。