開孔結(jié)構(gòu)風(fēng)致內(nèi)壓及其與柔性屋蓋的耦合作用.pdf

1、國內(nèi)外風(fēng)災(zāi)調(diào)查研究表明，低層房屋及大跨度柔性屋蓋的風(fēng)致破壞在很大程度上是由內(nèi)外壓共同作用引起的，部分敞開或突然開孔導(dǎo)致的內(nèi)壓增大對建筑物的安全產(chǎn)生了嚴(yán)重的威脅，然而人們對內(nèi)壓產(chǎn)生機(jī)理的研究尚處于摸索階段，而結(jié)構(gòu)設(shè)計人員對內(nèi)壓的取值更是無所適從，可見內(nèi)壓問題的研究是現(xiàn)代風(fēng)工程領(lǐng)域新興的課題，深入探討開孔結(jié)構(gòu)風(fēng)致內(nèi)壓及其與大跨柔性屋蓋的共同作用具有極其重要的學(xué)術(shù)研究意義和工程應(yīng)用價值。本文采用理論分析和風(fēng)洞模型試驗相結(jié)合的方法，對風(fēng)致內(nèi)壓響

2、應(yīng)的機(jī)理、風(fēng)致內(nèi)壓與大跨柔性屋蓋的耦合振動特性、內(nèi)外壓共同作用下屋蓋風(fēng)致響應(yīng)的求解方法等關(guān)鍵問題進(jìn)行了系統(tǒng)研究。 在理論分析方面，首先提出了紊流風(fēng)場中孔口阻尼的迭代計算方法并分析了孔口阻尼特性，從理論上找到了孔口等效阻尼比的影響因素；發(fā)展了迎風(fēng)面任意開孔時內(nèi)壓脈動的頻域分析法，重新定義了開孔率的概念，并以開孔率來評價開孔結(jié)構(gòu)內(nèi)壓脈動，取得了良好的效果；推導(dǎo)了考慮背景孔隙的內(nèi)壓傳遞方程，從理論上解釋了背景孔隙的附加阻尼效應(yīng)，并得出

3、了相關(guān)的量化指標(biāo)；考慮風(fēng)致內(nèi)壓影響推出了名義封閉屋蓋結(jié)構(gòu)主振模態(tài)的三階動力微分方程，改進(jìn)了迎風(fēng)面單一開孔結(jié)構(gòu)屋蓋-內(nèi)壓的耦合振動方程組并給出了頻響函數(shù)矩陣，對風(fēng)致內(nèi)壓和大跨柔性屋蓋耦合振動的頻率特性和阻尼特性進(jìn)行了深入分析；最后利用耦合振動理論推導(dǎo)了內(nèi)外壓共同作用下屋蓋風(fēng)致響應(yīng)的模態(tài)分析理論。 在試驗研究方面，在國內(nèi)首次針對低層房屋設(shè)計了具有不同開孔面積、開孔數(shù)量、開孔位置及不同內(nèi)部容積的剛性模型進(jìn)行風(fēng)洞試驗，研究了內(nèi)壓的空間分

4、布規(guī)律、平均內(nèi)壓與脈動內(nèi)壓的產(chǎn)生機(jī)理與理論估算問題、峰值內(nèi)壓的取值規(guī)律以及內(nèi)外壓的相關(guān)性問題，全面地闡述了開孔結(jié)構(gòu)內(nèi)部風(fēng)荷載的特性；在國際上首次采用索膜結(jié)構(gòu)體系設(shè)計制作了可調(diào)剛度的屋蓋結(jié)構(gòu)并進(jìn)行多種墻面開孔工況的氣彈模型風(fēng)洞試驗，研究了屋蓋風(fēng)致響應(yīng)隨各種因素的變化規(guī)律，并對開孔結(jié)構(gòu)屋蓋頻率特性和阻尼特性進(jìn)行了深入分析，試驗與理論結(jié)果吻合較好。 最后，本文還針對風(fēng)致內(nèi)壓相關(guān)問題的風(fēng)洞模型試驗相似性模擬展開討論，通過理論分析得到了氣