风振及风振控制涡振优秀课件

列 阵 ；【（） 为结 构上 的 Ｌ×１阶控 制 力 向量列 阵 ， ｛ ￡） ， Ｌ 为控 制力数 ；Ｈ］ ［ 为控 制力作用 位置 矩阵 。
形 ； 构在反 复风振 作 用 下产 生 疲 劳破 坏 ； 结 构气 结 使 动弹性 不稳定 ； 结构 震动加 剧 ， 响高层 住宅舒适 度 。 影
有被 动控制 （ 如安 装黏 滞阻尼 器 、 弹性阻尼 器 、 频 黏 调
质量 阻 尼 器 、 频 液 体 阻 尼 器 ） 智 能 控 制 和 主 动 调 、
控 制 ］ 。
结 构风振 控制 的原理是 在结 构发 生风振 反应时 ， 由设 置在 结构 上 的一些 控 制装 置 主 动或 者 被 动地 施 加 一组控 制力 ， 以达 到减少 和抑制风 振反应 的一 种方
数相同。
置在 结构顶 部 以控 制 风 振 反 应 ， 结 构第 一 、 二 振 使 第
型 的阻尼水 平从 １ ％和 ０ ４ ． ％增加 到 １ ２ 和 １ ５ ， ．％ ．％
（ ）在伸 臂桁 架 层 的斜 撑 替 换 为 人 字 形 安 装 的 ３
２ 风 振控 制 应 用
结 构 体系 中， 风振 控 制装 置 属非 承 重构 件 ， 功 其
能仅在 结构 中发 挥 耗 能 作 用 ， 不 承担 导 荷 承 载 作 而 用， 即增 加风振 控制装 置不 改变主 体结构 竖 向受力 体 系 。一 般情 况下 ， 构 越 高 、 柔 、 结 越 跨度 越 大 、 振动 越 强 、 压越 高 ， 控制效 果越显 著 。 风 则
器对 其进 行风振 控制 ， 使结 构阻 尼 比从 ０ ８ ． ％提 高到
作者简介： 国军（ ９ ３ ， ， 徐 １ ７ 一）男 江苏南通人 ， 合肥工大建设监理有限责任公 司工程师 ２２ 《 １ 工程与建设》 ２ １ 年第 ２ ０１ ５卷第 ２期

断开传递构件嵌入一段轻质材料（或保留空隙），会形 成两个阻抗突变的界面，有效隔断固体声的传播；
两种材质的阻抗比越大、界面间的距离越大、 固体声的频率越高，隔断的效果越明显。
10.2 隔振原理
10.2.1 主动隔振：设备-基础
力传递率Tf：通过隔振装置传递到 基础上力Ff的幅值Ff0与作用在质量 m上激励力的幅值F0之比。
2.安装隔振器 固体声的频率越高，隔断的效果越明显。
f远高于f0时，增大设备基础质量，减小系统的振动； 动力吸振器：在振动构件的适当部位加装共振系统，吸收或抑制构件振动能量。 2 振动隔离（增加振动传递损失） 丁基橡胶、丙烯酸酯橡胶、聚硫橡胶、丁腈橡胶、硅橡胶、聚氨酯、聚氯乙烯、环氧树脂（）
10.1.3 结构声的隔离
Chapter 10 隔振与阻尼减振
10.1 振动控制的基本途径 10.2 隔振原理 10.3 隔振元件 10.4 隔振设计 10.5 阻尼减振
在振动的传递路径 上采取措施减少振 动的传递
采取相应的措施使 振源受到抑制
10.1 振动控制的基本途径
10.1.1 振源控制 10.1.2 振动隔离 10.1.3 结构声的隔离
10. 3 隔振元件
橡胶隔振垫
10. 3 隔振元件
空 气 弹 簧
10. 3 隔振元件
柔性接管:材质有橡胶、金属、丝网、帆布和塑料等。
10. 4 隔振设计-金属弹簧隔振器
某风机重量4600N，转速1000r/min，由重量为 1300N的电机拖动（不计电机的激励力）。电 机与风机安装在重量为1000N的台座上，采用 钢螺旋弹簧隔振器4点支撑。要求隔振效率为 90%，试设计钢螺旋弹簧隔振器的相关参数。
2 两种材质的阻抗比越大、界面间的距离越大、 2E f 位 固移体传声递 的率 频T率：越通高过，隔隔振断装的置效传果递越到明机显器。上的振动位移幅p值mya0x与系统基础受到0外来振动影响产生的位移幅值yf0之比。

二、塔设备的振动
两种
顺风向振动
横向振动 （风致诱导振动）
三、风致诱导振动机理
（1）诱导振动的流体力学原理（卡曼漩涡）
风速与风压的变化
风速： 迎风侧：B点风速为0，B到C风速不断增加； 背风侧：C到F风速不断减小
风压： 与风速正好相反，B点最高，B到C风压不 断降低；C点到F点，其压力不断升高
边界层的堆积
所以当旋涡脱落的频率与它的任意振型的固有频率一致时，塔就会产生共振。
fv
Sr
D
思考：
如何防振？
四、塔设备的防振措施
如果塔设备产生共振，轻者使塔产 生严重弯曲、倾斜，塔板效率下降，影 响塔设备的正常操作，重者使塔设备导 致严重破坏，造成事故。
由于直立高耸设备安装就位后的裸 塔极易发生振动,给装置的安全运行带来 隐患。所以必须采取一定的防振措施。
➢ 高鸿海， 姜锦玲 塔振动与卡曼旋涡的解决办法 .英文刊名： GANSU SCIENCE AND TECHNOLOGY年，卷(期)： 2005,21(6)
➢ 郑津洋.董其伍.桑芝富.过程设备设计.第三版
➢ 百百科
结束
谢谢！
塔设备的风致诱导振动机理及工 程防振措施
一、团队分工介绍
组长：李辉 PPT制作：许静 PPT顾问：陈聪 PPT优化：邹远辉、彭志权 资料收集： 振动机理部分：李辉、陈聪、黄佳平、
曹奇敏、曾世荣 防振措施部分：鲁钊、江生林、张建
Content
一、团队分工介绍 二、塔设备的振动 三、风致诱导振动机理 四、塔设备的防振措施 五、参考文献
当一侧漩涡脱落后，另一沿风向的垂直方向产生振动，称之为横向振动。显 然，其振动的频率就等于旋涡形成或脱落的频率。

外力方向
振动控制与利用
主动控制技术是指通过向系统提供反向振动来抵消原有振动的方法。这种技术需要使用传感器监测振动，然后计算机系统计算需要施加的反向振动，以完全抵消原有振动。主动控制技术能够有效地减小或消除有害振动，提高设备的稳定性和可靠性。
被动控制技术是指通过改变结构的振动特性来减小振动的技术。这种技术通常使用阻尼材料或结构来吸收或散射振动能量，从而达到减振的目的。被动控制技术具有成本低、易于实现等优点，因此在许多领域得到广泛应用。
为了减小机械设备的振动，需要进行减振设计。这包括改进设备结构、增加阻尼材料、优化设备安装等措施，以提高设备的稳定性和可靠性。
地震是建筑结构中最重要的振动源之一。地震产生的振动可能导致建筑结构的破坏和倒塌，因此建筑结构的抗震设计是至关重要的。
地震影响
风振也是建筑结构中常见的振动源。风力作用在建筑结构上产生的振动可能导致结构疲劳、损伤和舒适度问题。为了减小风振的影响，需要进行风洞试验和风振控制设计。
振动测试与实验
利用振动测试技术，对物体施加外力，通过测量和分析物体的振动响应，了解物体的动态特性和结构性能。
振动测试的基本原理
根据不同的分类标准，振动测试可分为多种类型，如按测试频率可分为低频、中频和高频测试；按测试对象可分为单点、多点和整体测试。
振动测试的分类
振动测试系统主要由激振器、传感器、信号调理器和数据采集与处理系统等组成，各部分相互协作完成振动测试。
风振影响
交通振动
交通工具如车辆、火车和飞机等产生的振动是环境工程中重要的振动源之一。交通振动可能导致地面塌陷、建筑物损伤和噪音污染等问题。
地震安全性评估
对于重要的建筑物和基础设施，需要进行地震安全性评估，以确保它们在地震中能够保持稳定和安全。评估内容包括地震危险性分析和结构抗震能力评估。

7.4 顺风向风振和风振系数7.4.1对于基本自振周期T1 大于0.25s 的工程结构，如房屋、屋盖及各种高耸结构,以及对于高度大于30m 且高宽比大于1.5 的高柔房屋，均应考虑风压脉动对结构发生顺风向风振的影响。

风振计算应按随机振动理论进行，结构的自振周期应按结构动力学计算。

注:近似的基本自振周期T1 可按附录E 计算。

7.4.2对于一般悬臂型结构，例如构架、塔架、烟囱等高耸结构,以及高度大于30m，高宽比大于1.5 且可忽略扭转影响的高层建筑，均可仅考虑第一振型的影响，结构的风荷载可按公式(7.1.1-1)通过风振系数来计算，结构在z 高度处的风振系数βz 可按下式计算:式中ξ—脉动增大系数；υ—脉动影响系数；—振型系数；μz—风压高度变化系数。

7.4.3脉动增大系数，可按表7.4.3 确定。

注：计算时，对地面粗糙度B 类地区可直接代入基本风压，而对A 类、C 类和D 类地区应按当地的基本风压分别乘以1.38、0.62 和0.32 后代入。

7.4.4脉动影响系数，可按下列情况分别确定。

1 结构迎风面宽度远小于其高度的情况(如高耸结构等)：1)若外形、质量沿高度比较均匀，脉动系数可按表7.4.4-1 确定。

2)当结构迎风面和侧风面的宽度沿高度按直线或接近直线变化，而质量沿高度按连续规律变化时，表7.4.4-1 中的脉动影响系数应再乘以修正系数θB 和θv。

θB应为构筑物迎风面在z 高度处的宽度Bz 与底部宽度B0 的比值；θν可按表7.4.4-2 确定。

2 结构迎风面宽度较大时,应考虑宽度方向风压空间相关性的情况(如高层建筑等):若外形、质量沿高度比较均匀，脉动影响系数可根据总高度H 及其与迎风面宽度B 的比值，按表7.4.4-3 确定。

7.4.5振型系数应根据结构动力计算确定。

对外形、质量、刚度沿高度按连续规律变化的悬臂型高耸结构及沿高度比较均匀的高层建筑,振型系数也可根据相对高度z/H 按附录F 确定。

结论
桥梁风荷载分析需要充分考虑结构的特性和气动弹性效应，确保桥梁 的安全运行。
案例三：风电场风荷载分析
总结词
阵风效应、机组载荷
详细描述
风电场由多台风力发电机组组成，其风荷载分析需要考虑 阵风效应和机组载荷的影响。不同机组之间的尾流效应和 湍流也会对风力发电机组产生影响。
案例分析
通过对某风电场的风荷载进行数值模拟和现场实测，评估 了风电场的抗风性能和机组的载荷情况。
动态性原则
随着科学技术的发展，风 荷载规范应不断更新和完 善。
风荷载规范的适用范围
地理范围
适用于全球范围内的建筑 物和结构。
结构类型
适用于各种类型的建筑物 和结构，包括高层建筑、 大跨度桥梁等。
环境条件
适用于各种气候和环境条 件，如沿海地区、山地等 。
风荷载规范的主要内容
风荷载的定义和分类
明确风荷载的定义、分类和计 算方法。
《风荷载规范讲解》 ppt课件
• 风荷载概述 • 风荷载计算方法 • 风荷载规范解读 • 风荷载规范应用案例 • 风荷载规范的发展趋势与展望
目录
01
风荷载概述
风荷载定义
风荷载：由于建筑物受到风的 作用而产生的压力或剪力。
风荷载的大小取决于风的速度 、风向、建筑物的形状和高度 等因素。
风荷载是建筑物设计中需要考 虑的重要因素之一，因为它对 建筑物的安全性和稳定性有着 重要的影响。
试验步骤
进行风洞试验时，需要先搭建与实际结构相似的模型，然后在风洞中模拟各种风环境，通 过传感器等设备测量模型的位移、应变等反应，最后根据这些数据计算出风荷载。
优点与局限性
风洞试验可以模拟真实的风环境，得到较为准确的数据，但实验成本较高，且难以完全模 拟真实的风环境。

现期为10年的风压值计算。
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• 2．风压高度变化系数 z
风速大小与高度有关，由地面随高度按指数函数曲 线逐渐增大。上层风速受地面影响小，风速较稳定。 风速与地貌及环境也有关，不同的地面粗糙度使风 速沿高度增大的梯度不同。一般来说，地面越粗糙， 风的阻力越大，风速越小。《荷载规范》将地面粗 糙程度分为A、B、C、D四类。
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建筑结构荷载规范（GB 50009-2001）
• 荷载分类 （1）永久荷载：结构自重、土压力、预应力等； （2）可变荷载：楼面与屋面活荷载、吊车荷载、 风荷载、雪荷载； （3）偶然荷载：爆炸力、撞击力。
规范中介绍的主要荷载类型 （1）楼面和层面活荷载； （2）吊车荷载； （3）雪荷载； （4）风荷载。
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• 2.1 风洞试验模型类型
• 一般说来，风洞尺寸达到宽为2~4m、高为2~3m、 长为5~30m时可满足要求。风洞试验必须有专门的 风洞设备，模型制作也有特殊要求，量测设备与仪 器也是专门的，因此高层建筑进行风洞试验时，都 委托风工程专家和由专门的试验人员进行测试。
第三章 （超）高层建筑的抗风 抗震设计
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• 主要内容 • 第一节 （超）高层建筑的风荷载 • 第二节 风洞试验简介 • 第三节 地震作用 • 第四节 （超）高层建筑的抗风减震
技术
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风毁事故
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• 对于一般的建筑物而言，地基基础设计及结构设 计时的主要荷载为结构自重引起的竖向荷载，而 对于（超）高层建筑而言，主要荷载为竖向荷载 和水平荷载两大类。竖向荷载包括永久荷载（恒 荷载）和活荷载；水平荷载包括风荷载和地震区 承受的地震作用以及地基基础中的水压力和土压 力等。

风荷载的时 程模拟
建立结构的有 限元实体模型
设计实现刚度和 阻尼的部件并模 拟其有效性
通过编写程序和查阅文献得出 MTMD四个参数与减振效果的关 系
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谢谢
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与结构振动方向 结构主动、半主动控制 相反的惯性力。
调频质量阻尼器 智能控制 （TMD）
调频液体阻尼器 （TLD）
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课题简介及意义
调频质量阻尼器（TMD）减振原理
mx(t ) (c cd ) x(t ) (k kd ) x(t ) cd xd (t ) kd xd (t ) p(t )
系统为基础，对结构一MTMD系统在风载及地震作用下的动力
特性进行了探讨，并通过数值分析，研究得出MTMD系统的各 设计参数的关系。
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国内外研究现状
Center Point Ruwais Utilities 千叶港塔 核电站 金红石烟囱 澳大利亚，悉尼 沙特阿拉伯 日本，日本 巴基斯坦 澳大利亚 1980 1982 1986 1988 1989
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国内外研究现状
美国学者Isua和Xu分析研究了MTMD模型的特性和效率。 Yamaguchi和Hampomchai做了调谐荷载下MTMD结构系统的参 数研究，肯定了MTMD的效率以及其对于调谐频率漂移的不敏感性。 国内主要同济大学王肇民、上海交通大学李春祥，以及西安 交通大学王超等在这方面做了大量细致的研究工作，以单自由度
TMD由弹簧、阻尼器和质量块组成， 主结构振动时，质量块也随之产生 惯性运动，从而通过弹簧、阻尼器 向主结构施加反方向作用力来部分 抵消输入结构的扰动力，使主结构 的振动反应衰减。
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课题简介及意义 一、网格现状
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课题简介及意义 一、网格现状

其他环境因素对风振系数的影响
• 例如，地形、地貌等环境因素对风振系数产生影响
• 环境因素的变化可能导致风振系数的变化

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03
风振系数的实验研究与数
值模拟
风振系数的实验研究方法及数据处理
实验研究方法
数据处理方法
• 采用风洞试验、现场试验等方法进行实验研究
• 对实验数据进行滤波、拟合等处理，提取结构动力特性
• 通过验证的数值模拟方法可用于风振系数的计算和结构
性能评估
实验研究与数值模拟的对比分析
实验研究与数值模拟的对比
• 对比实验研究和数值模拟得到的风振系数结果
• 分析实验研究和数值模拟结果的差异和原因
实验研究与数值模拟的综合应用
• 结合实验研究和数值模拟的优点，评估结构性能
• 为风振系数的取值和优化提供依据
• 桥梁结构受到风荷载、车辆荷载等多种荷载作用
• 桥梁结构的风振系数对结构性能具有重要影响
风振系数在桥梁工程中的应用
• 用于桥梁抗风设计，评估结构在风荷载作用下的安全性能
• 用于桥梁风荷载计算，评估结构在风荷载作用下的振动响应
• 用于桥梁疲劳寿命评估，评估结构在风荷载作用下的耐久性能
风振系数在高层建筑中的应用案例分析
风振系数的计算方法
• 基于结构动力特性和风荷载特性的计算方法
• 需要考虑结构模态、风荷载谱、结构阻尼等因素
• 计算结果可用于评估结构在风荷载作用下的振动响应和疲劳寿命
风振系数在结构风工程中的作用
结构风工程的核心内容
• 研究结构在风荷载作用下的动力响应和疲劳损伤
• 风振系数是评估结构风工程性能的重要指标
结构参数对风振系数的其他影响