大跨桁架屋蓋結構在雷暴沖擊風作用下的動力響應和減振控制.pdf

1、雷暴沖擊風是雷暴天氣中從風場核心區(qū)向四周輻散形成近地強風的下沉氣流，這種短時間產生的瞬態(tài)強風會引起極高的近地面風速，從而對結構產生強烈的破壞作用。大跨屋蓋結構對風荷載比較敏感，且大部分大跨度結構的屋蓋都處于雷暴沖擊風破壞作用的高度范圍內，而現(xiàn)階段中國規(guī)范對于雷暴等極端天氣產生的強風荷載并未給出相關取值規(guī)定，并且國內外關于雷暴沖擊風對大跨屋蓋的風致響應研究相對較少。為此，本文采用理論公式對雷暴沖擊風風速進行數(shù)值模擬，對大跨桁架屋蓋結構在雷

2、暴風作用下的風振響應和減振響應進行詳細地分析，主要內容包括:
　　(1)基于混合隨機過程理論，采用Wood豎直風剖面方程與Holmes經驗模型模擬平均風，通過在隨機過程中加入時變平均風從而調制得到非平穩(wěn)的脈動風。采用不同的隨機過程的模擬方法，對作用于兩個結構上的雷暴沖擊風風速進行模擬，兼顧精度和效率，最終采用自回歸AR模型來模擬風速中的隨機過程。采用功率譜估計理論來評價風速模擬結果是否合理，通過三種功率譜估計法的對比，結果表明最大

3、熵值法的誤差較小。
　　(2)針對復雜的大跨屋蓋結構，研究了結構參數(shù)和風參數(shù)對兩種簡化力學模型風振響應的影響。對簡支梁式結構的風振響應進行參數(shù)化分析，結果表明結構剛度、跨度、最大風速半徑及風暴移動速度對結構的風振響應影響較大。對拱梁式結構的風振響應進行參數(shù)化分析，結果表明剛度、矢跨比、最大風速半徑及風暴移動速度對拱梁的風振響應影響較大。采用基于包絡概念的整體風振系數(shù)計算方法，分別研究了不同參數(shù)下的整體位移風振系數(shù)和整體荷載風振系數(shù)

4、，結果表明采用結構整體位移風振系數(shù)對簡支梁進行雷暴風等效靜風荷載分析具有更高的精度，對拱梁進行雷暴風等效靜風荷載分析的結果與時程分析結果相比偏小。
　　(3)針對兩種平面桁架結構，通過ANSYS有限元軟件對其進行幾何非線性和材料非線性時程分析。結果表明桁架靠近迎風面支座處的四根腹桿發(fā)生屈服，拱桁架靠近迎風面支座處兩根斜腹桿發(fā)生屈服，導致結構在風振后產生不可忽略的殘余變形，對結構使用的安全造成威脅。
　　(4)針對平面桁架在雷

5、暴風作用下產生不可恢復的殘余變形這一現(xiàn)狀，通過將受力較大的桿件替換為自定心耗能桿件進行減振分析，研究結果表明桁架結構節(jié)點峰值殘余變形減小48.07％，拱桁架結構節(jié)點豎向峰值殘余變形減小84.57％，水平向峰值殘余變形減小86.85％，可見殘余變形明顯減小，達到減振的效果。并研究自定心桿件啟動力、啟動位移、強度比三個參數(shù)對結構變形響應的影響。結果表明隨著自定心桿件啟動力的增大，結構峰值位移減小，當啟動力過大時，結構的峰值殘余位移隨著與自定

6、心桿件相鄰桿的相繼屈服會有所增大;隨著啟動位移的增大，峰值位移和殘余位移均有所增大;隨著強度比的增大，自定心桿件耗能能力增大，自復位能力削弱。
　　(5)針對實際工程中一榀張弦桁架，對其進行雷暴風作用下風振響應分析。由于張弦桁架較大的受風面積致使結構受到較大風壓，最終導致結構產生明顯塑性變形，豎向峰值殘余位移為0.83m，水平向峰值殘余位移為0.26m，不利于繼續(xù)使用。增加四根自定心耗能支撐后進行減振分析，研究結果表明豎向峰值殘余