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文檔簡介
1、在風(fēng)荷載作用下,建筑物附屬結(jié)構(gòu)往往先于主體結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞,尤其是對于大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)。附屬結(jié)構(gòu)如幕墻、門窗、屋蓋等破壞后往往引起結(jié)構(gòu)內(nèi)壓發(fā)生變化,使得結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載特性相對于封閉狀態(tài)發(fā)生明顯變化,故有必要對開孔(開洞)工況下建筑物的風(fēng)致內(nèi)壓與風(fēng)致響應(yīng)進(jìn)行分析。而在實際的工程應(yīng)用(尤其是復(fù)雜外形的大跨度屋蓋結(jié)構(gòu))以及實測研究中,實驗設(shè)備往往不能夠提供足夠的同步測壓傳感器以滿足結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載分析的需要,需要采用必要的插值手段對已有的試驗數(shù)據(jù)或?qū)崪y數(shù)據(jù)
2、擴展到未知數(shù)據(jù)點上。
基于風(fēng)洞試驗與現(xiàn)場實測數(shù)據(jù),本文對大跨度屋蓋在開孔(開洞)狀態(tài)下風(fēng)致內(nèi)壓特性、風(fēng)壓分布以及內(nèi)壓理論等進(jìn)行研究,進(jìn)而對風(fēng)致響應(yīng)與結(jié)構(gòu)抗風(fēng)優(yōu)化進(jìn)行了系統(tǒng)的探討;結(jié)合工程實例以及實測手段,對各類風(fēng)壓插值方法進(jìn)行了研究。主要研究內(nèi)容與成果如下:
(1)系統(tǒng)地研究了開孔(開洞)結(jié)構(gòu)的風(fēng)致內(nèi)壓。設(shè)計了一個具有多個開孔(開洞)的風(fēng)洞剛性測壓模型,開展了10種工況下的測壓試驗,探討了不同工況下風(fēng)致內(nèi)壓取值、分布
3、及頻譜特性,尤其是在不同參數(shù),如風(fēng)向角、開孔位置、開孔個數(shù)等條件下的變化規(guī)律;對比分析了內(nèi)外壓功率譜、空間相關(guān)性等統(tǒng)計參數(shù),并基于風(fēng)致內(nèi)壓傳遞理論,分析不同工況下流動指數(shù)。研究結(jié)果表明:在頂部未開洞工況下,當(dāng)開孔率低于10%時,風(fēng)致內(nèi)壓可采用統(tǒng)一值表示,而頂部開洞工況下,屋蓋風(fēng)致內(nèi)壓分布較為復(fù)雜,不能夠采用統(tǒng)一值表示;頂部開洞工況下,處于屋蓋洞口氣流下游的區(qū)域具有較大的負(fù)壓值,需要引起設(shè)計人員的注意;頂部未開洞工況下流動指數(shù)結(jié)果與文獻(xiàn)結(jié)
4、論較為吻合,而頂部開洞工況下的流動指數(shù)鮮有研究,本文給出了頂部開洞工況下流動指數(shù)的建議值。
(2)系統(tǒng)地探討了屋蓋結(jié)構(gòu)風(fēng)致響應(yīng)與結(jié)構(gòu)優(yōu)化。通過建立屋蓋結(jié)構(gòu)的有限元模型,基于剛性模型測壓試驗結(jié)果,對比了CQC與SRSS頻域計算方法在大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)風(fēng)致響應(yīng)計算的適用性,進(jìn)而討論了在頻域計算中振型選取、模態(tài)耦合項影響以及位移脈動均方根隨風(fēng)向的變化情況。以有限元結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)為基礎(chǔ),采用優(yōu)化算法對結(jié)構(gòu)風(fēng)致響應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化,對單目標(biāo)優(yōu)化方法與
5、多目標(biāo)優(yōu)化方法進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:對于風(fēng)致敏感類結(jié)構(gòu)-大跨度屋蓋結(jié)構(gòu),SRSS方法忽略了模態(tài)耦合項的影響,低估了風(fēng)致響應(yīng)的結(jié)果,故對于風(fēng)致敏感類建筑結(jié)構(gòu),宜采用CQC方法計算結(jié)構(gòu)風(fēng)致響應(yīng);模態(tài)耦合項對風(fēng)致響應(yīng)結(jié)果可正可負(fù),對于迎風(fēng)區(qū)域以及漩渦(錐形渦)區(qū)域,模態(tài)耦合項對風(fēng)致響應(yīng)結(jié)果為正值;對于大跨度屋蓋結(jié)構(gòu),選取50階參振模態(tài)基本上能夠反映結(jié)構(gòu)風(fēng)致響應(yīng)的總體趨勢,當(dāng)參振模態(tài)數(shù)目達(dá)到150階時,其能夠較為精確地反映結(jié)構(gòu)風(fēng)致響應(yīng)的結(jié)果;結(jié)
6、構(gòu)單目標(biāo)優(yōu)化中狀態(tài)變量與目標(biāo)函數(shù)往往不能夠同時達(dá)到最優(yōu),而多目標(biāo)優(yōu)化方法,根據(jù)設(shè)計意圖設(shè)定目標(biāo)函數(shù)權(quán)系數(shù),可得出一系列最優(yōu)解集,建議結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化人員采用多目標(biāo)優(yōu)化方法對初步設(shè)計方案進(jìn)行優(yōu)化。
(3)系統(tǒng)地分析了多種插值理論與插值技術(shù)。對不同插值理論-空間內(nèi)插法、AR自回歸模型法與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法在測點風(fēng)壓時程模擬與重構(gòu)方面進(jìn)行了實例驗證,具體分析了各插值理論中不同的具體插值方法。提出了將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法與小波分解相結(jié)合的方法,并在工程實例
7、與實測研究中進(jìn)行驗證分析。結(jié)果表明:空間內(nèi)插法只考慮了風(fēng)壓分布在幾何空間的相關(guān)性,對脈動風(fēng)壓系數(shù)的插值效果不甚理想,相比之下,三角網(wǎng)線性插值與徑向基函數(shù)插值具有較好的插值精度;AR自回歸模型法基于原始數(shù)據(jù)點風(fēng)壓時程獲得的脈動風(fēng)壓功率譜擬合曲線,具有較好的插值精度;神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法對平均風(fēng)壓系數(shù)、脈動風(fēng)壓功率譜分別進(jìn)行訓(xùn)練、插值,獲得了分布較為理想的插值結(jié)果,但在功率譜高頻部分有所偏差;基于小波分解的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法在工程實例與實測研究中表現(xiàn)出較好的
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