体育场挑篷结构风荷载数值模拟及风振控制研究

论文摘要

体育场挑篷结构是大跨结构体系中常用的一种结构形式,此种结构柔性大、阻尼小、自振频率低,对风荷载比较敏感,故风荷载对于挑篷结构来说是一个非常重要的荷载,因此有必要对这种结构的风振响应进行合理的计算分析,并对响应结果进行有效的控制。本文依据自回归(AR)法基本原理,首先确立了考虑空间相关性的风荷载数值模拟方法,并利用Matlab语言编制了相应的程序。基于上述方法,模拟了某体育场挑篷网架结构的节点风速时程,并对所得风速时程离散值做数理统计分析,结果表明模拟谱与目标谱吻合较好。根据结构风振响应计算的需要,将模拟风速转变为风荷载,对结构进行时程分析,获得结构风振响应,为结构抗风设计提供依据。结果表明,基于风荷载数值模拟的结构风振响应计算方法可有效分析大跨体育场挑篷的风振响应。由于结构在风荷载作用下产生较大的振动,本文采用粘滞阻尼器对结构的风振响应进行控制,结果表明,加入粘滞阻尼器后,结构节点位移、加速度和杆件轴力都得到了明显的控制,且竖向加速度控制效果明显,可见粘滞阻尼器在大跨挑篷结构中的风振控制作用是显著的。然后系统进行了粘滞阻尼器在挑篷结构中的减振控制参数研究,通过对比分析,给出了实用性的工程建议。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 风荷载及风荷载数值模拟技术研究现状
• 1.1.1 作用于结构的风荷载
• 1.1.2 风荷载数值模拟技术的研究与应用现状
• 1.2 结构控制概述及研究现状
• 1.2.1 被动控制
• 1.2.2 主动控制
• 1.2.3 混合控制
• 1.2.4 半主动控制
• 1.3 大跨屋盖结构抗风和风振控制理论的研究现状
• 1.3.1 大跨屋盖结构抗风研究现状
• 1.3.2 大跨屋盖结构风振理论的研究现状
• 1.3.3 大跨屋盖结构风振控制理论的研究现状
• 1.4 本文的主要研究工作和论文布局
• 1.4.1 本文的主要工作
• 1.4.2 本文的论文布局
• 第2章 风荷载数值模拟及在网格结构中的应用
• 2.1 风的特性及风速功率谱
• 2.1.1 平均风的描述
• 2.1.2 脉动风的描述
• 2.1.3 风对建筑物的气动特性
• 2.2 风荷载数值模拟理论研究
• 2.2.1 线性滤波法模拟
• 2.2.2 谐波法模拟
• 2.2.3 逆Fourier 变换法模拟
• 2.2.4 小波分析
• 2.3 AR 法在挑篷结构中的脉动风速时程模拟
• 2.4 本章小结
• 第3章 粘滞阻尼器在体育场挑篷结构中的风振控制研究
• 3.1 大跨屋盖结构风振响应时程分析法的实现
• 3.1.1 时程分析法的优势
• 3.1.2 数值模拟技术及ANSYS 简介
• 3.1.3 参数化设计语言
• 3.2 粘滞阻尼器
• 3.2.1 粘滞阻尼器的分类
• 3.2.2 影响粘滞阻尼器性能的因素
• 3.2.3 粘滞阻尼器的计算模型
• 3.3 体育场挑篷结构风振响应时程分析
• 3.3.1 挑篷结构风振响应分析方法
• 3.3.2 挑篷结构计算模型的建立
• 3.3.3 基本假定
• 3.3.4 挑篷结构振动频率和振型分析
• 3.3.5 挑篷结构在模拟风荷载作用下的风振响应
• 3.4 粘滞阻尼器在挑篷结构中的应用
• 3.4.1 结构控制方案的选取
• 3.4.2 有控挑篷结构在模拟风荷载作用下的响应
• 3.4.3 风振控制效果分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 粘滞阻尼器应用于体育场挑篷结构的参数分析
• 4.1 问题描述
• 4.2 参数分析
• 4.2.1 改变阻尼器自身参数
• 4.2.2 改变阻尼器位置
• 4.2.3 改变阻尼器的安装角度
• 4.2.4 改变阻尼器的安装数量
• 4.3 对于工程应用的建议
• 4.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢