大跨度平屋盖结构风振响应计算与参数分析

论文摘要

大跨度屋盖结构具有质量轻、柔度大、阻尼小、自振频率低等特点,风荷载往往是结构设计的主要荷载。风流经屋面时,会在屋面的大部分区域产生较大的吸力,并引起柔性屋盖的风振。但是我国现行建筑结构荷载规范对于大跨度屋盖结构的风振响应计算只是做了一些简单的定性规定,并没有给出具体的计算公式。本文分析了大跨度屋盖结构的的风致破坏机理;比较了大跨度屋盖结构风荷载和风振响应的几种研究方法,并对适用于大跨度屋盖结构的频率法进行了详细的理论推导;对影响大跨度屋盖结构风振响应的一些参数进行了分析和选取,其中参数包括平均风压系数、风向角、风速谱、空间相干函数、阻尼比、地面粗糙度系数等。本文采用有限元分析软件Ansys8.0对大跨度平屋盖结构进行振型分析,然后结合有限元振型分析结果及风洞试验数据,编写相关Matlab应用程序,对屋盖的风振响应进行计算分析,讨论了高阶振型、模态耦合项、竖向脉动风、水平脉动风速谱、空间相干函数、地面粗糙度系数、风向角、阻尼比对大跨度平屋盖结构风振响应的影响,并进一步分析了风向角、阻尼比、水平脉动风速谱、空间相干函数对节点位移风振系数的影响情况。本文有关内容和结论能为工程设计以及今后大跨屋盖结构风振响应的研究提供有意义的参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 图表清单
• 注释表
• 第一章 绪论
• 1.1 空间结构简介
• 1.2 屋盖结构的风灾破坏及风致破坏机理
• 1.3 风荷载和风振响应的研究方法
• 1.3.1 风洞试验
• 1.3.2 现场实测
• 1.3.3 数值模拟
• 1.3.4 理论分析
• 1.4 参数分析研究现状
• 1.4.1 高阶振型
• 1.4.2 模态耦合项
• 1.4.3 竖向脉动风
• 1.4.4 水平脉动风速谱
• 1.4.5 空间相干函数
• 1.4.6 地面粗糙度系数
• 1.4.7 风向角
• 1.4.8 阻尼比
• 1.4.9 其它参数
• 1.5 本文的主要工作和研究方法
• 第二章 大跨度平屋盖结构风振响应的频域分析法
• 2.1 屋盖结构上的气动力
• 2.2 基本假定
• 2.3 频域分析法理论推导
• 2.4 风振系数
• 2.5 本章小结
• 第三章 相关参数讨论与选取
• 3.1 计算模型
• 3.2 风压系数的选取
• 3.3 风速谱和空间相干函数讨论与选取
• 3.3.1 水平脉动风速谱
• 3.3.2 竖向脉动风速谱
• 3.3.3 空间相干函数
• 3.4 阻尼比等参数选取
• 3.5 基本工况
• 3.6 本章小结
• 第四章 风振响应计算与参数分析
• 4.1 计算方法及程序验证
• 4.2 屋盖动力性能分析
• 4.3 高阶振型对位移风振响应的影响分析
• 4.4 模态耦合项对位移风振响应的影响分析
• 4.5 竖向脉动风对位移风振响应的影响分析
• 4.6 水平脉动风速谱对位移风振响应的影响分析
• 4.7 空间相干函数对位移风振响应的影响分析
• 4.8 地面粗糙度系数对位移风振响应的影响分析
• 4.9 风向角对位移风振响应的影响分析
• 4.10 阻尼比对位移风振响应的影响分析
• 4.11 风振系数分析
• 4.11.1 风向角对风振系数的影响
• 4.11.2 阻尼比对风振系数的影响
• 4.11.3 水平脉动风速谱对风振系数的影响
• 4.11.4 空间相干函数对风振系数的影响
• 4.12 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表的学术论文