大跨度單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)風載風振研究.pdf

1、大跨度網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)因其突出優(yōu)點而廣泛應用于影劇院、展覽館、飛機庫、航空港、體育場館、車站、煤棚、倉庫、工業(yè)廠房等建(構(gòu))筑物中，并且日趨多樣化、大型化、復雜化。作用于此類結(jié)構(gòu)上的風荷載具有隨機性與空間相關(guān)性，常常起主要甚至是決定性作用，風振影響成為結(jié)構(gòu)設計、防災減災分析的控制因素之一。迄今大跨度網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的風工程研究只取得階段性成果，研究仍然不夠。風振響應和風振系數(shù)等關(guān)鍵問題尚未完全解決，甚至結(jié)構(gòu)動力特性的研究亦不充分。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在風荷載作用下

2、的動力響應特性研究越來越受到學術(shù)界和工程界的關(guān)注與重視。 本文主要針對大跨度單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成技術(shù)、風速風載模擬、風振時程分析、參數(shù)分析等方面進行了比較系統(tǒng)的研究。首先回顧了大跨度網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)風工程領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，指出存在的主要問題，并提出本文的研究目標和工作重點。 在單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格生成技術(shù)方面，基于形式代數(shù)法，針對單層球面網(wǎng)殼、單層柱面網(wǎng)殼、單層雙曲拋物面網(wǎng)殼等結(jié)構(gòu)型式，采用參數(shù)化建模方法建立模型。輸入若干控制參數(shù)，

3、可由程序自動生成包含模型節(jié)點、單元、邊界約束條件等信息的數(shù)據(jù)文件，減少分析計算時數(shù)據(jù)輸入工作，適用于同類結(jié)構(gòu)的有限元前處理。 在風速與風荷載時程模擬方面，回顧了結(jié)構(gòu)風工程領(lǐng)域風洞試驗、現(xiàn)場實測、風速時程數(shù)值模擬技術(shù)等方面的進展情況。采用AR模型模擬風速時程，考慮了三維空間相關(guān)性，討論了AR模型的穩(wěn)定性及確定AR模型階數(shù)的方法。風速時程模擬結(jié)果統(tǒng)計分析、功率譜分析表明模擬值與目標值吻合較好。根據(jù)風速特性，討論了由風速時程轉(zhuǎn)化為風荷

4、載時程的方法。 在風振研究方面，回顧了結(jié)構(gòu)風致振動研究的基本情況，分析了結(jié)構(gòu)風振形式及其機理，討論了作用于網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的風荷載特點，闡述了結(jié)構(gòu)風振響應計算方法。針對大跨度網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，推導了結(jié)構(gòu)計算模型，引入節(jié)點位移風振系數(shù)、單元內(nèi)力風振系數(shù)等概念，采用Newmark時程分析法，研究其風振響應特性。采用VC與Matlab混合編程方式，較好地解決了風速時程模擬運算時精度、模擬速度和計算穩(wěn)定性的問題。針對ANSYS軟件編制了相應的程序接口，