大跨索膜結(jié)構(gòu)的風(fēng)振和災(zāi)害力學(xué)分析與研究.pdf

1、大跨索膜張拉結(jié)構(gòu) (如拉索屋面、拉索塔桅、懸索橋等) 作為現(xiàn)代化的新興結(jié)構(gòu)已成為大跨空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向。這類柔性結(jié)構(gòu)的一個(gè)顯著特點(diǎn)是，索和膜不具有彎曲剛度，結(jié)構(gòu)對(duì)外荷載的抵抗是通過改變自身形狀來實(shí)現(xiàn)的。所以結(jié)構(gòu)的變形比較明顯，而且結(jié)構(gòu)剛度與變形相關(guān)，表現(xiàn)出明顯的強(qiáng)幾何非線性特點(diǎn)。此外，這類屋蓋結(jié)構(gòu)的重量通常都比較輕；膜結(jié)構(gòu)自不待言，懸索結(jié)構(gòu)一般也均采用輕屋面構(gòu)造。這些特點(diǎn)決定了張拉結(jié)構(gòu)對(duì)風(fēng)荷載的作用十分敏感，風(fēng)是起決定性作用

2、的外荷載。在風(fēng)荷載作用下易產(chǎn)生較大的振動(dòng)和變形，最易產(chǎn)生旋渦脫落共振響應(yīng)和空氣動(dòng)力失穩(wěn)，其中橫風(fēng)向振動(dòng)是主要的振動(dòng)方向。這類災(zāi)難國內(nèi)外已發(fā)生多起，引起了國內(nèi)外學(xué)者嚴(yán)重的注意。鑒于這類結(jié)構(gòu)風(fēng)致動(dòng)力響應(yīng)問題的研究至今還十分薄弱，本文在前人工作的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行了更深入的分析、研究和發(fā)展，具體內(nèi)容包括在非線性結(jié)構(gòu)的等效線性化、橫風(fēng)向旋渦脫落共振響應(yīng)與空氣動(dòng)力失穩(wěn)的規(guī)律和計(jì)算公式等方面，最終為實(shí)現(xiàn)工程的實(shí)用化打下基礎(chǔ)。本文首次建立

3、了振動(dòng)過程中的彈性模量修正公式(動(dòng)力等效模量)，即動(dòng)力分析問題中的Ernst等效彈性模量修正公式 (其在拉索屋面、懸索橋等索的靜力位移修正中廣泛使用) ，為非線性結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析的等效線性化奠定了理論基礎(chǔ)。在利用時(shí)程分析方法進(jìn)行大量試算，并通過曲線擬合找出了線性結(jié)構(gòu)與非線性結(jié)構(gòu)之間橫風(fēng)向旋渦脫落共振時(shí)的風(fēng)速差 (或旋渦脫落周期差△Ts)與索截面特性EA/L 的曲線關(guān)系，確定了非線性結(jié)構(gòu)等效線性化后的頻率或周期誤差修正范圍值。

4、深入分析了索穹頂結(jié)構(gòu)的橫風(fēng)向旋渦脫落共振特性，以線性二力拉桿取代其中部分索單元，索垂度引起的非線性位移由作者首次建立的動(dòng)力等效模量加以修正。深入分析了索穹頂結(jié)構(gòu)的空氣動(dòng)力失穩(wěn)(橫風(fēng)向馳振) 特性，以線性二力拉桿取代其中部分索單元，索垂度引起的非線性位移由作者首次建立的動(dòng)力等效模量加以修正。此外，受上海市科委的項(xiàng)目資助，結(jié)合實(shí)時(shí)的地面氣象觀測(cè)資料，建立了三種災(zāi)情預(yù)測(cè)模型方法(灰色模型GM、自回歸～滑動(dòng)平均模型 ARMA、人工