大跨度屋蓋結構脈動風特性及風振響應計算方法的研究.pdf

1、近些年來，隨著現(xiàn)代建材和施工技術的發(fā)展，大量造型新穎的大跨度屋蓋結構被廣泛應用于機場候機樓、體育館、大劇院等大型公共建筑中。這些結構具有質(zhì)量輕、柔度大、阻尼小、自振頻率低等特點，因此風荷載往往成為控制結構設計的主要荷載之一。但是其風振響應計算理論卻沒有得到應有的發(fā)展。本文在已有研究工作的基礎上，對大跨度屋蓋結構的脈動風特性和風振響應計算方法進行了研究。 首先在剛性模型風洞實驗數(shù)據(jù)的基礎上對大跨屋蓋上的脈動風荷載特性進行了分析，指

2、出現(xiàn)在常用的脈動風速譜和相干函數(shù)的經(jīng)驗公式并不適用于大跨度屋蓋，使用準定常假設計算大跨度屋蓋的風振響應會造成較大誤差。同時對屋蓋上的脈動風壓無量綱自譜進行了擬合，初步探討了風振響應的非定常計算方法。 引入模態(tài)貢獻系數(shù)和累積模態(tài)貢獻系數(shù)來識別對風振響應有較大貢獻的模態(tài)和判斷參振模態(tài)的合理性，并對不同形式、不同跨度、不同矢跨比的網(wǎng)殼結構模態(tài)貢獻系數(shù)分布特點進行了系統(tǒng)研究，分析結果表明，對于單層網(wǎng)殼，對風振響應貢獻最大的模態(tài)(基本模態(tài)

3、)位于高階，而雙層網(wǎng)殼的基本模態(tài)位于低階。針對基本模態(tài)位于高階的大跨度結構，引入里茲向量法來計算風振響應，并通過算例分析驗證了該方法用于風振計算的有效性和精確性。最后選用不同的空間相干函數(shù)和改變衰減系數(shù)的取值，分析了空間相關性對模態(tài)貢獻系數(shù)分布和里茲向量有效性的影響。同時給出了求解里茲向量的初始荷載向量以及合理參振模態(tài)的選取準則。 此外，使用風洞實驗數(shù)據(jù)對深圳保利文化廣場劇院東區(qū)鋼結構屋蓋結構進行了風致響應時程分析，并將計算結果

4、與采用不同脈動風速譜和相干函數(shù)的頻域法計算結果進行了對比，分析了造成兩種方法計算結果偏差的原因，指出脈動風的空間相關性是影響大跨度屋蓋風振響應計算精度的主要因素。最后給出了非定常的背景響應和共振響應的分解求法，并將該方法與里茲向量法結合起來求解風振響應。指出如果能擬合出脈動風壓譜和相干函數(shù)的精確公式，該方法在計算效率和計算精度方面均有較大的優(yōu)勢。 最后對上述研究工作與成果進行了總結，提出了研究中的不足之處和尚待解決的問題，指出了