大跨屋蓋脈動風荷載譜模型研究.pdf

1、大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕，柔度大，對風荷載作用較為敏感。屋蓋形式多樣，屋蓋表面的脈動風荷載受特征湍流作用明顯，擬定常假定不再適用。結(jié)合特征湍流的風荷載特性研究是風工程的熱門研究方向，風荷載的確定也是大跨屋蓋結(jié)構(gòu)抗風設(shè)計的關(guān)鍵問題之一。風荷載譜是描述結(jié)構(gòu)脈動風荷載的重要參數(shù)，也是結(jié)構(gòu)抗風設(shè)計的必要依據(jù)。鑒于大跨屋蓋結(jié)構(gòu)復雜的空氣動力特性與結(jié)構(gòu)動力特性，目前風荷載譜模型一般根據(jù)風荷載測量結(jié)果擬合得到，尚無統(tǒng)一的擬合形式，且模型參數(shù)的物理意義不明

2、確，得到的擬合參數(shù)結(jié)果離散性大，因此參數(shù)值對結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的影響難于估量。為此，有必要對風荷載譜的建模理論進行完善，提出一種普適性較強且便于應(yīng)用的風荷載譜模型。
　　本文在回顧大氣湍流風速譜模型以及各學者針對低矮房屋及高層建筑風荷載譜模型的基礎(chǔ)上，提出了一種新的風荷載譜模型，通過理論推導及統(tǒng)計分析，建立了該模型中參數(shù)與譜曲線形狀、特征湍流作用及結(jié)構(gòu)風振響應(yīng)間的關(guān)系，探討了參數(shù)的數(shù)學意義、物理意義及力學意義。并結(jié)合風洞試驗數(shù)據(jù)，建立了

3、典型大跨屋蓋結(jié)構(gòu)的風荷載譜模型。主要包含以下幾方面內(nèi)容：
　　1、借鑒大氣湍流風速譜的建模思路，對一種常用的風荷載譜模型擬合公式中的參數(shù)進行數(shù)學變換，得到一種由三個自功率譜參數(shù)表達的風荷載自功率譜模型，對于互功率譜模型仍采用由模型衰減指數(shù)表達的指數(shù)型相干函數(shù)模型。
　　2、基于隨機振動理論探討了模型中四個參數(shù)對結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的影響，建立了風荷載譜模型參數(shù)與結(jié)構(gòu)風振響應(yīng)的聯(lián)系。
　　3、基于115組工況的典型大跨屋蓋（包括

4、平屋蓋、懸挑屋蓋、柱面及球面屋蓋）風洞試驗數(shù)據(jù)，獲得風荷載譜模型參數(shù)，并統(tǒng)計分析了不同流場條件、不同形式屋蓋上譜參數(shù)的取值范圍與分布規(guī)律，探討了參數(shù)與特征湍流作用間的聯(lián)系，證實譜模型具有一定的物理內(nèi)涵。
　　4、基于不同屋蓋特征湍流作用形式，結(jié)合參數(shù)對結(jié)構(gòu)響應(yīng)的敏感性分析，對上述所有風洞試驗工況譜參數(shù)進行統(tǒng)計，整理出更具普適意義的大跨屋蓋結(jié)構(gòu)風荷載譜模型，并通過642個結(jié)構(gòu)風振響應(yīng)分析算例（包括平板網(wǎng)架、懸挑桁架、雙層柱面網(wǎng)殼、單