大跨度單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)風(fēng)載風(fēng)振研究.pdf

1、大跨度網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)因其突出優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于影劇院、展覽館、飛機(jī)庫(kù)、航空港、體育場(chǎng)館、車站、煤棚、倉(cāng)庫(kù)、工業(yè)廠房等建(構(gòu))筑物中，并且日趨多樣化、大型化、復(fù)雜化。作用于此類結(jié)構(gòu)上的風(fēng)荷載具有隨機(jī)性與空間相關(guān)性，常常起主要甚至是決定性作用，風(fēng)振影響成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、防災(zāi)減災(zāi)分析的控制因素之一。迄今大跨度網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的風(fēng)工程研究只取得階段性成果，研究仍然不夠。風(fēng)振響應(yīng)和風(fēng)振系數(shù)等關(guān)鍵問(wèn)題尚未完全解決，甚至結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的研究亦不充分。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下

2、的動(dòng)力響應(yīng)特性研究越來(lái)越受到學(xué)術(shù)界和工程界的關(guān)注與重視。 本文主要針對(duì)大跨度單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成技術(shù)、風(fēng)速風(fēng)載模擬、風(fēng)振時(shí)程分析、參數(shù)分析等方面進(jìn)行了比較系統(tǒng)的研究。首先回顧了大跨度網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)風(fēng)工程領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，指出存在的主要問(wèn)題，并提出本文的研究目標(biāo)和工作重點(diǎn)。 在單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格生成技術(shù)方面，基于形式代數(shù)法，針對(duì)單層球面網(wǎng)殼、單層柱面網(wǎng)殼、單層雙曲拋物面網(wǎng)殼等結(jié)構(gòu)型式，采用參數(shù)化建模方法建立模型。輸入若干控制參數(shù)，

3、可由程序自動(dòng)生成包含模型節(jié)點(diǎn)、單元、邊界約束條件等信息的數(shù)據(jù)文件，減少分析計(jì)算時(shí)數(shù)據(jù)輸入工作，適用于同類結(jié)構(gòu)的有限元前處理。 在風(fēng)速與風(fēng)荷載時(shí)程模擬方面，回顧了結(jié)構(gòu)風(fēng)工程領(lǐng)域風(fēng)洞試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)、風(fēng)速時(shí)程數(shù)值模擬技術(shù)等方面的進(jìn)展情況。采用AR模型模擬風(fēng)速時(shí)程，考慮了三維空間相關(guān)性，討論了AR模型的穩(wěn)定性及確定AR模型階數(shù)的方法。風(fēng)速時(shí)程模擬結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析、功率譜分析表明模擬值與目標(biāo)值吻合較好。根據(jù)風(fēng)速特性，討論了由風(fēng)速時(shí)程轉(zhuǎn)化為風(fēng)荷

4、載時(shí)程的方法。 在風(fēng)振研究方面，回顧了結(jié)構(gòu)風(fēng)致振動(dòng)研究的基本情況，分析了結(jié)構(gòu)風(fēng)振形式及其機(jī)理，討論了作用于網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載特點(diǎn)，闡述了結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)計(jì)算方法。針對(duì)大跨度網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，推導(dǎo)了結(jié)構(gòu)計(jì)算模型，引入節(jié)點(diǎn)位移風(fēng)振系數(shù)、單元內(nèi)力風(fēng)振系數(shù)等概念，采用Newmark時(shí)程分析法，研究其風(fēng)振響應(yīng)特性。采用VC與Matlab混合編程方式，較好地解決了風(fēng)速時(shí)程模擬運(yùn)算時(shí)精度、模擬速度和計(jì)算穩(wěn)定性的問(wèn)題。針對(duì)ANSYS軟件編制了相應(yīng)的程序接口，