体育场悬挑屋盖的风洞试验及风荷载建模研究

论文摘要

体育场悬挑屋盖结构是一种典型的大跨空间结构,风荷载往往成为控制荷载,而现行规范中仅给出一些简单形状开口单坡屋面的体型系数,无法满足复杂实际工程设计需求。本文基于风洞试验对一长宽比3:1的悬挑屋盖进行系统的研究,对其平均风压及脉动风压特性进行了深入的研究,目的在于经过统计整理,给出更为普适的风荷载描述模型,为实际工程设计提供参考。本文首先回顾了体育场悬挑屋盖风荷载特性的研究现状,进而对平面长宽比3:1的矩形悬挑屋盖刚性模型进行了一系列的风洞测压试验,对其风荷载特性进行了细致的整理,在大量数据统计基础上,给出了体型系数的取值建议与脉动风压谱模型。本文的主要工作有:1、进行了系统的刚性模型测压风洞试验,悬挑屋盖平面长宽比为3:1,高跨比为1:1及1.2:1,屋盖倾角0°、5°、10°,看台上部通风率为0~30%,地貌类型为A、B、C、D四类,共计32种工况;2、为处理模型坏点数据及便于生成任意位置处的风压值,本文探讨了几种常见的插值算法,确定Matlab中的v4方法更适用于风压数据的插值处理,为下文的工作奠定基础;3、基于风洞试验结果,分析了平均风压分布特性,探讨了风向角、屋盖倾角、看台上部通风率及地貌类型对平均风压分布的影响,确定了最不利风向角,并给出最不利风向角(来流垂直于屋盖前缘)下的局部体型系数,建立了较为精确的平均风压计算模型,为工程设计提供参考;4、对脉动风压分布,同样探讨了风向角、屋盖倾角、看台上部通风率及地貌类型对悬挑屋盖表面脉动风压的影响,同时分析了脉动风压的各阶矩分布特性,给出划分高斯/非高斯区域的标准;5、针对最不利风向角情况,分别探讨了几何参数及地貌情况对悬挑屋盖表面脉动风压的自功率谱特性的影响,在谱特性分析的基础上给出了自谱描述模型,同时考察不同屋盖倾角下沿悬挑屋盖轴线上各测点之间的空间相关性,建立了悬挑屋盖轴线上风压互谱描述模型,为进一步进行结构风振响应分析,极值风压估计和抗疲劳设计提供参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 平均风荷载研究现状
• 1.2.2 脉动风荷载研究现状
• 1.3 课题来源及主要内容
• 第2章 风洞试验及数据处理方法
• 2.1 风洞试验
• 2.1.1 风洞试验设备与测量系统
• 2.1.2 风洞试验模型
• 2.2 试验数据处理方法
• 2.3 数据插值方法
• 2.4 本章小结
• 第3章 体育场悬挑屋盖平均风压特性分析
• 3.1 平均风压分布特性
• 3.2 影响参数分析
• 3.2.1 屋盖倾角的影响
• 3.2.2 来流地貌的影响
• 3.2.3 看台上部通风率的影响
• 3.3 抗风设计建议
• 3.4 本章小结
• 第4章 体育场悬挑屋盖脉动风压特性分析
• 4.1 体育场悬挑屋盖脉动风压分布特性分析
• 4.1.1 脉动风压分布特性分析
• 4.1.2 影响因素分析
• 4.2 体育场悬挑屋盖脉动风压非高斯特性分析
• 4.3 体育场悬挑屋盖脉动风压频谱特性分析
• 4.3.1 脉动风压自功率谱特性
• 4.3.2 脉动风压互功率谱特性研究
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢