大跨屋蓋脈動風(fēng)荷載譜模型研究.pdf

1、大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕，柔度大，對風(fēng)荷載作用較為敏感。屋蓋形式多樣，屋蓋表面的脈動風(fēng)荷載受特征湍流作用明顯，擬定常假定不再適用。結(jié)合特征湍流的風(fēng)荷載特性研究是風(fēng)工程的熱門研究方向，風(fēng)荷載的確定也是大跨屋蓋結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計的關(guān)鍵問題之一。風(fēng)荷載譜是描述結(jié)構(gòu)脈動風(fēng)荷載的重要參數(shù)，也是結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計的必要依據(jù)。鑒于大跨屋蓋結(jié)構(gòu)復(fù)雜的空氣動力特性與結(jié)構(gòu)動力特性，目前風(fēng)荷載譜模型一般根據(jù)風(fēng)荷載測量結(jié)果擬合得到，尚無統(tǒng)一的擬合形式，且模型參數(shù)的物理意義不明

2、確，得到的擬合參數(shù)結(jié)果離散性大，因此參數(shù)值對結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的影響難于估量。為此，有必要對風(fēng)荷載譜的建模理論進(jìn)行完善，提出一種普適性較強(qiáng)且便于應(yīng)用的風(fēng)荷載譜模型。
　　本文在回顧大氣湍流風(fēng)速譜模型以及各學(xué)者針對低矮房屋及高層建筑風(fēng)荷載譜模型的基礎(chǔ)上，提出了一種新的風(fēng)荷載譜模型，通過理論推導(dǎo)及統(tǒng)計分析，建立了該模型中參數(shù)與譜曲線形狀、特征湍流作用及結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)間的關(guān)系，探討了參數(shù)的數(shù)學(xué)意義、物理意義及力學(xué)意義。并結(jié)合風(fēng)洞試驗數(shù)據(jù)，建立了

3、典型大跨屋蓋結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載譜模型。主要包含以下幾方面內(nèi)容：
　　1、借鑒大氣湍流風(fēng)速譜的建模思路，對一種常用的風(fēng)荷載譜模型擬合公式中的參數(shù)進(jìn)行數(shù)學(xué)變換，得到一種由三個自功率譜參數(shù)表達(dá)的風(fēng)荷載自功率譜模型，對于互功率譜模型仍采用由模型衰減指數(shù)表達(dá)的指數(shù)型相干函數(shù)模型。
　　2、基于隨機(jī)振動理論探討了模型中四個參數(shù)對結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的影響，建立了風(fēng)荷載譜模型參數(shù)與結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)的聯(lián)系。
　　3、基于115組工況的典型大跨屋蓋（包括

4、平屋蓋、懸挑屋蓋、柱面及球面屋蓋）風(fēng)洞試驗數(shù)據(jù)，獲得風(fēng)荷載譜模型參數(shù)，并統(tǒng)計分析了不同流場條件、不同形式屋蓋上譜參數(shù)的取值范圍與分布規(guī)律，探討了參數(shù)與特征湍流作用間的聯(lián)系，證實譜模型具有一定的物理內(nèi)涵。
　　4、基于不同屋蓋特征湍流作用形式，結(jié)合參數(shù)對結(jié)構(gòu)響應(yīng)的敏感性分析，對上述所有風(fēng)洞試驗工況譜參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計，整理出更具普適意義的大跨屋蓋結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載譜模型，并通過642個結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)分析算例（包括平板網(wǎng)架、懸挑桁架、雙層柱面網(wǎng)殼、單