超高层建筑施工期的风场特性与风振响应特性实测研究

摘要

随着土木行业的不断进步和发展，超高层建筑的发展也相当迅速，不仅在数量上迅速增多，而且高度更高、结构形式更加复杂。超高层建筑的结构形式决定了其对风荷载的作用十分敏感，所以风荷载作用下超高层建筑的风场特性和风振响应特性对于评估结构安全有着重要意义。对于结构风工程的研究，通过多年的探索，现在常常采用多种手段相结合的方法，例如理论分析、风洞试验、数值模拟、现场实测；相比于前三种方法，现场实测是获取结构风效应最为直接可靠的手段。因此，利用现场实测手段研究超高层建筑风场特性和风振响应特性具有很高的工程价值和理论意义。
　　本文在详细介绍结构风工程研究现状的基础上，首先利用现场实测手段分析了天津117大厦施工期的风场特性；然后阐述了GNSS-RTK技术原理，并提出了本文应用的数据处理方法；最后利用GNSS-RTK技术对117大厦的风振响应进行了实测研究，主要的研究内容及成果如下：
　　1、针对结构风工程四种研究方法，从理论分析、风洞试验、数值模拟、现场实测四个方面对国内外结构风工程的研究和发展现状进行了阐述，并指出对于超高层建筑施工期的风场和风振响应特性的研究还相对较少。
　　2、利用现场实测手段获取了117大厦高空周围的风速和风向数据，基于试验数据，分析了117大厦高空周围的风场特性；然后基于CFD数值风洞模拟技术，对117大厦周围环境进行了风场数值模拟，并对两种方法进行了对比分析。
　　3、介绍了GNSS导航系统的发展历程，阐述了GNSS-RTK技术的定位原理，并设计了 GNSS-RTK测量精度及稳定性试验。结果表明：三星系（GPS+GLONASS+BDS）组合具有可见卫星数多、PDOP值小、坐标中误差小、稳定性强的特点；针对后续的数据处理方法，提出了基于自相关函数的EMD滤波去噪方法，并将其应用于稳定性试验的数据处理中。
　　4、以施工期的天津117大厦为研究背景，在其95层布置四个测点，利用GNSS-RTK技术分析了117大厦的风振响应。首先利用基于自相关函数的EMD滤波去噪方法对数据进行了处理，然后针对实测数据着重研究了测点的振动曲线、横风向振动、频谱特性以及振动轨迹等，验证了GNSS-RTK技术用于分析结构风振响应的可行性。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 结构风工程国内外发展和研究现状

1.3 存在的问题和不足

1.4 研究内容及思路

1.5 本章小结

第2章 超高层建筑施工期的风场特性实测研究

2.1 风场相关概念

2.2 天津117大厦风场实测试验研究

2.3 基于CFD数值模拟的在建超高层风场特性研究

2.4 本章小结

第3章 超高层建筑施工期风振响应实测方法及其数据处理

3.1 GNSS-RTK技术

3.2 GNSS-RTK测量精度及稳定性试验

3.3 GNSS-RTK技术的定位误差分类及数据处理

3.4 EMD分解原理

3.5 基于自相关函数的EMD滤波在数据处理中的应用

3.6 本章小节

第4章 超高层建筑施工期的风振响应特性实测研究

4.1 实测试验方案

4.2 试验结果分析

4.3 对去噪方法的进一步探讨

4.4 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢