大跨度机库屋盖结构的风荷载及风振响应研究

论文摘要

维修机库跨度大、自振频率低,体型高大、扁平,其屋盖结构的刚度与质量分布不均匀、承受荷载复杂,风荷载是控制其屋面结构设计的主要荷载之一。目前,国内外对于大跨度机库的风洞试验和风振响应研究很少,我国规范给出的相关参数亦不能满足此类结构的抗风设计需要,因此深入研究大跨度机库屋盖结构的风荷载具有重要的工程应用价值和学术价值。本文结合风洞试验、理论分析、数值计算等多种手段,对大跨度机库结构的风压分布规律及其屋盖结构风振响应进行了较系统的研究,提出了针对大跨度机库的风荷载体型系数建议值和风振系数的实用计算方法。本文主要完成以下几方面工作:(1)基于三个机库风洞试验,特别是A380机库风洞试验的结果,分析研究了机库屋面平均风压和脉动风压的分布特征和变化规律,探讨了女儿墙对大跨度机库屋面平均风压和脉动风压的影响,比较了门窗不同开启情况下机库内压的变化规律,得到了屋面风压谱的频谱特征,并根据屋面区域给出了风压谱的拟合公式。(2)针对不同机库屋盖形式,分析了风振响应特性,比较了参与振型数目、模态交叉项、阻尼比等频域参数对大跨度屋盖结构风振响应的影响。采用本文的风压谱拟合公式,对A380机库屋盖进行了风振响应分析,得到了脉动风荷载下屋盖结构响应的分布规律和频谱特征。利用数值模拟的风荷载时程,对A380机库屋盖结构进行了风振响应时程分析,并与频域法的计算结果进行对比。(3)根据现有风洞试验的分析结果及国内外相关规范的规定,提出了大型机库结构风荷载体型系数的取值建议,并与现行荷载规范的规定进行对比分析。利用大规模参数分析结果,拟合出适用于72m~150m单跨机库网架屋盖风振系数的实用公式,并对A380机库屋盖结构的风振系数和等效静风荷载进行研究。(4)总结上述分析结果,探讨大跨度机库的抗风设计参数和设计原则,为大跨度机库的抗风设计提出了一套科学完整的计算分析方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 大跨度机库的特点和主要结构型式
• 1.2.1 大跨度维修机库建筑结构特点
• 1.2.2 大跨度机库屋盖结构的主要型式
• 1.3 大跨度屋盖结构表面风压的研究现状
• 1.3.1 风荷载研究手段
• 1.3.2 大跨度结构表面风压的分布特征
• 1.3.3 房屋开洞对低层房屋内外风压的影响
• 1.4 大跨屋盖结构风振响应分析的研究现状
• 1.4.1 脉动风的主要特性
• 1.4.2 风振响应分析方法
• 1.4.3 大跨度屋盖结构的等效静风荷载
• 1.5 本文研究和解决的问题
• 1.5.1 目前研究存在的主要问题
• 1.5.2 本文主要研究工作
• 第2章 大跨度机库的风洞试验及风压特性研究
• 2.1 大跨度机库结构的刚性模型风洞试验
• 2.1.1 厦门太古机库风洞试验
• 2.1.2 广州新白云机场GAMECO 维修机库
• 2.1.3 北京首都机场A380 维修机库
• 2.2 大跨度机库屋盖结构的平均风荷载特性
• 2.2.1 屋面外轮廓形状对平均风压分布的影响
• 2.2.2 平均风压系数随风向角变化规律
• 2.2.3 平均风压系数沿直线方向变化规律
• 2.2.4 风速对平均风压系数的影响
• 2.2.5 女儿墙对超大跨度平屋面平均风压分布的影响
• 2.2.6 机库开门对屋面平均风压分布的影响
• 2.3 大跨度机库屋盖结构的脉动风荷载特征
• 2.3.1 脉动风荷载特征分析
• 2.3.2 不同极值风压系数计算方法的比较
• 2.3.3 各个风向角下最不风压系数
• 2.3.4 风压功率谱的特性分析
• 2.4 机库内压分布特征
• 2.4.1 内部风压的理论估算
• 2.4.2 风洞试验结果
• 2.5 本章小结
• 第3章 大跨度机库屋盖结构风振响应分析
• 3.1 运动方程的模态叠加法
• 3.1.1 模态位移法
• 3.1.2 模态加速度法
• 3.2 风振响应分析
• 3.2.1 脉动风气动力谱的构造
• 3.2.2 程序编制及算例验证
• 3.3 机库屋盖的频域分析
• 3.3.1 平面桁架
• 3.3.2 空间网架屋盖大跨度机库
• 3.4 A380 机库屋盖结构风振响应频域分析
• 3.4.1 A380 机库屋盖的动力特性分析
• 3.4.2 模态参与特性的研究
• 3.4.3 准定常下的风振分析
• 3.4.4 非定常下的风振分析
• 3.5 A380 机库屋盖风振响应的时程分析
• 3.5.1 风荷载的数值模拟
• 3.5.2 A380 机库屋盖节点风速模拟
• 3.5.3 计算结果分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 大跨度机库结构风荷载体型系数和风振系数
• 4.1 大跨度机库的风荷载体型系数研究
• 4.1.1 现行规范的相关规定
• 4.1.2 风洞试验得到的体形系数
• 4.1.3 大跨度机库风荷载体型系数
• 4.2 大跨度屋盖结构的风振系数研究
• 4.2.1 风振系数的定义
• 4.2.2 大跨度平面桁架屋盖结构的风振系数
• 4.2.3 大跨度机库网架屋盖结构的风振系数
• 4.3 A380 机库的风振系数研究
• 4.4 本章小结
• 第5章 大跨度机库结构的抗风设计方法
• 5.1 风荷载设计的基本参数及探讨
• 5.1.1 基本风压的确定方法
• 5.1.2 大跨度机库的基本风压探讨
• 5.1.3 大跨度机库周边地貌研究
• 5.2 大跨度机库结构抗震与抗风设计的比较分析
• 5.2.1 大跨度机库结构风荷载和地震作用的比较
• 5.2.2 A380 抗震与抗风设计的比较分析
• 5.3 大跨度机库结构抗风设计的基本原则
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 本文主要结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果