留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

矩形高层钢结构风致疲劳分析中体型系数的讨论

方钊

方钊. 矩形高层钢结构风致疲劳分析中体型系数的讨论[J]. 钢结构(中英文), 2022, 37(11): 39-45. doi: 10.13206/j.gjgS22051701
引用本文: 方钊. 矩形高层钢结构风致疲劳分析中体型系数的讨论[J]. 钢结构(中英文), 2022, 37(11): 39-45. doi: 10.13206/j.gjgS22051701
FANG Zhao. Discussion on Shape Coefficient in Wind-Induced Fatigue Analysis of Rectangle High-Rise Steel Structures[J]. STEEL CONSTRUCTION(Chinese & English), 2022, 37(11): 39-45. doi: 10.13206/j.gjgS22051701
Citation: FANG Zhao. Discussion on Shape Coefficient in Wind-Induced Fatigue Analysis of Rectangle High-Rise Steel Structures[J]. STEEL CONSTRUCTION(Chinese & English), 2022, 37(11): 39-45. doi: 10.13206/j.gjgS22051701

矩形高层钢结构风致疲劳分析中体型系数的讨论

doi: 10.13206/j.gjgS22051701
基金项目: 

国家自然科学基金青年基金项目(52008202)

详细信息
    作者简介:

    方钊,男,1989年出生,博士,副教授,硕士生导师。Email:phoenix.fang@hotmail.com

  • 中图分类号: TU973.213

Discussion on Shape Coefficient in Wind-Induced Fatigue Analysis of Rectangle High-Rise Steel Structures

  • 摘要: 高层钢结构梁柱焊接节点在风作用下可能发生疲劳破坏。目前结构风致疲劳的分析方法是,采用体型系数整体上替代结构表面不同部位的风压系数,对风压系数分布进行平面上的平均处理,进而结合准定常假设计算风压并进行疲劳分析。然而高层结构表面风压分布较为复杂,关键节点应力的分布将有可能受到该平均化处理的影响,且GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》中体型系数的规定值主要针对基于位移的风振计算,能否满足基于局部应力的风致疲劳计算,目前尚未有相关文献对该问题进行研究或验证,因此需验证采用体型系数计算结构风致疲劳的准确性。选取了位于风灾频发区域的某矩形截面高层钢框架支撑结构,首先考虑空间相关性,利用谐波叠加法模拟了该结构具有代表性的梁柱节点位置的脉动风速时程,通过逆傅立叶变换将模拟的风速时程转换为功率谱密度曲线,并与目标谱进行对比验证,随后通过计算流体动力学(CFD)软件FLUENT建立了结构1∶300缩尺比的数值风洞计算模型,利用雷诺平均模拟(RANS)计算了结构表面的风压系数分布,并与日本东京工艺大学风洞试验数据库中类似体型的结构模型风洞试验数据进行了对比和验证;最后,利用有限元软件ANSYS对该结构建立了多尺度有限元模型,并分别基于风压系数和体型系数,结合准定常假设计算风压时程,将风压时程转化为各梁柱节点的风荷载时程并最终施加在结构多尺度有限元模型上,采用等效结构应力法对结构梁柱焊接节点进行了疲劳评估,并将基于风压系数的分析结果与基于体型系数的分析结果进行了对比。结果表明:利用谐波叠加法模拟的脉动风速时程的功率谱与目标谱在大部分频段吻合较好;结构表面风压系数分布结果和东京工艺大学风洞试验结果较为接近且变化趋势相同,因此,该结构风压系数的数值风洞模拟结果较为合理;基于体型系数的风致疲劳计算结果与基于结构表面不同部位风压系数的风致疲劳计算结果较为接近,可满足工程需要,并且更加偏于安全;GB 50009—2012中关于体型系数规定值能够较好地适用于矩形平面高层钢结构梁柱焊接节点风致疲劳的计算。
  • [1] Repetto M P,Solari G.Wind-induced fatigue collapse of real slender structures[J].Engineering Structures,2010,32(12):3888-3898.
    [2] 武岳,孙瑛,郑朝荣.风工程与结构抗风设计[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2014.
    [3] 刘刚.中国与美国规范风荷载计算分析比较[J].钢结构,2008,25(2):47-52.
    [4] 中华人民共和国建设部.建筑结构荷载规范:GB 50009—2012[S].北京:中国建筑工业出版社,2012.
    [5] 鲁丽君.桅杆结构纤绳连接拉耳风致疲劳裂纹萌生与扩展寿命预测[D].武汉:武汉理工大学,2008.
    [6] 王文利,瞿伟廉,皮永林.考虑焊接残余应力的桅杆结构拉耳节点风致疲劳裂纹萌生寿命评定[J].土木工程学报,2010(增刊2):22-27.
    [7] Jia J.Investigations of a practical wind-induced fatigue calculation based on nonlinear time domain dynamic analysis and a full wind-directional scatter diagram[J].Ships & Offshore Structures,2014,9(3):272-296.
    [8] 方钊,李爱群,李万润,等.高层钢框架支撑结构多尺度风致疲劳分析方法[J].东南大学学报(自然科学版),2017,47(1):137-141.
    [9] 黄本才,汪丛军.结构抗风分析原理及应用[M].上海:同济大学出版社,2008.
    [10] Anderson J D,Wendt J.Computational fluid dynamics[M].New York:McGraw-Hill,1995.
    [11] Tokyo Polytechnic University.Aerodynamic database of high-rise buildings[EB/OL].http://www.wind.arch.t-kougei.ac.jp/info_center/windpressure/highrise/Homepage/homepageHDF.htm,2007.12.31/2022.05.02.
    [12] 王新敏.ANSYS工程结构数值分析[M].北京:人民交通出版社,2013.
    [13] Fang Z,Li A,Ding Y,et al.Wind-induced fatigue assessment of welded connections in steel tall buildings using the theory of critical distances[J].European Journal of Environmental and Civil Engineering,2020,24(8):1180-1205.
    [14] Dong P,Hong J K.The master S-N curve approach to fatigue of piping and vessel welds[J].Welding in the World Le SoudageDans Le Monde,2004,48(1/2):28-36.
    [15] Fang Z,Li A,Li W,et al.Wind-induced fatigue analysis of high-rise steel structures using equivalent structural stress method[J].Applied Sciences,2017,7(1):71-88.
  • 加载中
计量
  • 文章访问数:  198
  • HTML全文浏览量:  43
  • PDF下载量:  12
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2022-05-17
  • 网络出版日期:  2023-03-22

目录

    /

    返回文章
    返回