大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)脈動(dòng)風(fēng)特性及風(fēng)振響應(yīng)計(jì)算方法的研究.pdf

1、近些年來，隨著現(xiàn)代建材和施工技術(shù)的發(fā)展，大量造型新穎的大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于機(jī)場(chǎng)候機(jī)樓、體育館、大劇院等大型公共建筑中。這些結(jié)構(gòu)具有質(zhì)量輕、柔度大、阻尼小、自振頻率低等特點(diǎn)，因此風(fēng)荷載往往成為控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要荷載之一。但是其風(fēng)振響應(yīng)計(jì)算理論卻沒有得到應(yīng)有的發(fā)展。本文在已有研究工作的基礎(chǔ)上，對(duì)大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)的脈動(dòng)風(fēng)特性和風(fēng)振響應(yīng)計(jì)算方法進(jìn)行了研究。 首先在剛性模型風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上對(duì)大跨屋蓋上的脈動(dòng)風(fēng)荷載特性進(jìn)行了分析，指

2、出現(xiàn)在常用的脈動(dòng)風(fēng)速譜和相干函數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式并不適用于大跨度屋蓋，使用準(zhǔn)定常假設(shè)計(jì)算大跨度屋蓋的風(fēng)振響應(yīng)會(huì)造成較大誤差。同時(shí)對(duì)屋蓋上的脈動(dòng)風(fēng)壓無量綱自譜進(jìn)行了擬合，初步探討了風(fēng)振響應(yīng)的非定常計(jì)算方法。 引入模態(tài)貢獻(xiàn)系數(shù)和累積模態(tài)貢獻(xiàn)系數(shù)來識(shí)別對(duì)風(fēng)振響應(yīng)有較大貢獻(xiàn)的模態(tài)和判斷參振模態(tài)的合理性，并對(duì)不同形式、不同跨度、不同矢跨比的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)模態(tài)貢獻(xiàn)系數(shù)分布特點(diǎn)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，分析結(jié)果表明，對(duì)于單層網(wǎng)殼，對(duì)風(fēng)振響應(yīng)貢獻(xiàn)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(duì)基本模態(tài)位于高階的大跨度結(jié)構(gòu)，引入里茲向量法來計(jì)算風(fēng)振響應(yīng)，并通過算例分析驗(yàn)證了該方法用于風(fēng)振計(jì)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(guān)性對(duì)模態(tài)貢獻(xiàn)系數(shù)分布和里茲向量有效性的影響。同時(shí)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(zhǔn)則。 此外，使用風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)深圳保利文化廣場(chǎng)劇院東區(qū)鋼結(jié)構(gòu)屋蓋結(jié)構(gòu)進(jìn)行了風(fēng)致響應(yīng)時(shí)程分析，并將計(jì)算結(jié)果

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