大跨屋蓋結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載特性研究.pdf

1、大跨屋蓋結(jié)構(gòu)作為一類新穎結(jié)構(gòu)形式，在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面具有許多區(qū)別于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點，特別是對風(fēng)荷載的考慮，往往成為該類結(jié)構(gòu)設(shè)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(fēng)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(fēng)荷載描述方法。
　　從鈍體空氣動力學(xué)的角度來看，大跨屋蓋表面風(fēng)荷載的復(fù)雜性源于其自身形狀的多樣性、風(fēng)荷載作用的隨機(jī)性以及脈動風(fēng)壓的時空相關(guān)性。這些因素的綜合作用使得屋蓋表面的風(fēng)壓統(tǒng)計規(guī)律不僅與來流的脈動特性

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

3、　(1)對若干典型形狀的大跨屋蓋結(jié)構(gòu)進(jìn)行了剛性模型風(fēng)洞動態(tài)同步測壓試驗研究，并將試驗結(jié)果與CFD數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對比，驗證了數(shù)據(jù)的可靠性。
　　(2)提出了利用屋蓋表面風(fēng)壓分布信息進(jìn)行特征湍流參數(shù)識別的方法，并重點對一種典型的特征湍流形式——錐形渦進(jìn)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(yùn)動模式等特征參數(shù)的定量結(jié)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(fēng)荷載分布模型，這種風(fēng)荷載描

4、述方式更接近于風(fēng)荷載的實際分布規(guī)律且可以用于實際工程應(yīng)用。
　　(4)分別從時域和頻域兩方面，研究了特征湍流對屋蓋風(fēng)荷載脈動特性的影響。在時域內(nèi)，采用越界峰值法研究了屋蓋風(fēng)壓的尖峰脈沖現(xiàn)象，并研究了屋蓋風(fēng)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(nèi)，研究了屋蓋不同位置處的脈動風(fēng)壓功率譜，根據(jù)譜的形狀及卓越頻率進(jìn)行分類，并給出了相應(yīng)的擬合公式。
　　(5)建立了大跨屋蓋結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本架構(gòu)，對