大跨屋蓋結構風荷載特性研究.pdf

1、大跨屋蓋結構作為一類新穎結構形式，在結構設計方面具有許多區(qū)別于傳統(tǒng)結構的特點，特別是對風荷載的考慮，往往成為該類結構設計中的重點和難點問題。這其中一個很重要的原因在于，對屋蓋風荷載特性的研究還相對薄弱，至今尚未提出一套成熟的陣風荷載描述方法。
　　從鈍體空氣動力學的角度來看，大跨屋蓋表面風荷載的復雜性源于其自身形狀的多樣性、風荷載作用的隨機性以及脈動風壓的時空相關性。這些因素的綜合作用使得屋蓋表面的風壓統(tǒng)計規(guī)律不僅與來流的脈動特性

2、有關，還會更多地受到由結構自身幾何形狀引起的特征湍流的影響。因此，對屋蓋風荷載特性的研究在本質上可歸結為對特征湍流作用機理的研究。
　　基于以上思想，本文采用風洞試驗和CFD數值模擬方法，對若干具有典型形狀的大跨屋蓋表面風荷載（包括平均風壓和脈動風壓）特性進行了系統(tǒng)研究，重點探討了特征湍流的形成機理及其對屋蓋風壓統(tǒng)計規(guī)律的影響；在此基礎上，提出了利用風荷載數據庫技術對屋蓋風荷載進行精確描述的方法。主要內容包括以下幾方面：
　

3、　(1)對若干典型形狀的大跨屋蓋結構進行了剛性模型風洞動態(tài)同步測壓試驗研究，并將試驗結果與CFD數值模擬結果進行對比，驗證了數據的可靠性。
　　(2)提出了利用屋蓋表面風壓分布信息進行特征湍流參數識別的方法，并重點對一種典型的特征湍流形式——錐形渦進行研究，得到了平屋蓋和鞍形屋蓋表面錐形渦的渦心位置、作用范圍以及運動模式等特征參數的定量結果。
　　(3)基于點渦勢流理論，建立了特征湍流作用區(qū)的平均風荷載分布模型，這種風荷載描

4、述方式更接近于風荷載的實際分布規(guī)律且可以用于實際工程應用。
　　(4)分別從時域和頻域兩方面，研究了特征湍流對屋蓋風荷載脈動特性的影響。在時域內，采用越界峰值法研究了屋蓋風壓的尖峰脈沖現(xiàn)象，并研究了屋蓋風壓的非高斯統(tǒng)計特性，給出了利用高階統(tǒng)計矩劃分非高斯區(qū)的方法。在頻域內，研究了屋蓋不同位置處的脈動風壓功率譜，根據譜的形狀及卓越頻率進行分類，并給出了相應的擬合公式。
　　(5)建立了大跨屋蓋結構風荷載數據庫系統(tǒng)的基本架構，對