發(fā)布時間：2018-09-09 15:00

【摘要】：大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕，柔度大，對風(fēng)荷載作用較為敏感。屋蓋形式多樣，屋蓋表面的脈動風(fēng)荷載受特征湍流作用明顯，擬定常假定不再適用。結(jié)合特征湍流的風(fēng)荷載特性研究是風(fēng)工程的熱門研究方向，風(fēng)荷載的確定也是大跨屋蓋結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計的關(guān)鍵問題之一。風(fēng)荷載譜是描述結(jié)構(gòu)脈動風(fēng)荷載的重要參數(shù)，也是結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計的必要依據(jù)。鑒于大跨屋蓋結(jié)構(gòu)復(fù)雜的空氣動力特性與結(jié)構(gòu)動力特性，目前風(fēng)荷載譜模型一般根據(jù)風(fēng)荷載測量結(jié)果擬合得到，尚無統(tǒng)一的擬合形式，且模型參數(shù)的物理意義不明確，得到的擬合參數(shù)結(jié)果離散性大，因此參數(shù)值對結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的影響難于估量。為此，有必要對風(fēng)荷載譜的建模理論進(jìn)行完善，提出一種普適性較強(qiáng)且便于應(yīng)用的風(fēng)荷載譜模型。 本文在回顧大氣湍流風(fēng)速譜模型以及各學(xué)者針對低矮房屋及高層建筑風(fēng)荷載譜模型的基礎(chǔ)上，提出了一種新的風(fēng)荷載譜模型，通過理論推導(dǎo)及統(tǒng)計分析，建立了該模型中參數(shù)與譜曲線形狀、特征湍流作用及結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)間的關(guān)系，探討了參數(shù)的數(shù)學(xué)意義、物理意義及力學(xué)意義。并結(jié)合風(fēng)洞試驗數(shù)據(jù)，建立了典型大跨屋蓋結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載譜模型。主要包含以下幾方面內(nèi)容： 1、借鑒大氣湍流風(fēng)速譜的建模思路，對一種常用的風(fēng)荷載譜模型擬合公式中的參數(shù)進(jìn)行數(shù)學(xué)變換，得到一種由三個自功率譜參數(shù)表達(dá)的風(fēng)荷載自功率譜模型，，對于互功率譜模型仍采用由模型衰減指數(shù)表達(dá)的指數(shù)型相干函數(shù)模型。 2、基于隨機(jī)振動理論探討了模型中四個參數(shù)對結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的影響，建立了風(fēng)荷載譜模型參數(shù)與結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)的聯(lián)系。 3、基于115組工況的典型大跨屋蓋（包括平屋蓋、懸挑屋蓋、柱面及球面屋蓋）風(fēng)洞試驗數(shù)據(jù)，獲得風(fēng)荷載譜模型參數(shù)，并統(tǒng)計分析了不同流場條件、不同形式屋蓋上譜參數(shù)的取值范圍與分布規(guī)律，探討了參數(shù)與特征湍流作用間的聯(lián)系，證實譜模型具有一定的物理內(nèi)涵。 4、基于不同屋蓋特征湍流作用形式，結(jié)合參數(shù)對結(jié)構(gòu)響應(yīng)的敏感性分析，對上述所有風(fēng)洞試驗工況譜參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計，整理出更具普適意義的大跨屋蓋結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載譜模型，并通過642個結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)分析算例（包括平板網(wǎng)架、懸挑桁架、雙層柱面網(wǎng)殼、單層球面網(wǎng)殼）驗證了模型的有效性和建模方法的適用性。最后，結(jié)合隨機(jī)模擬、數(shù)據(jù)挖掘與數(shù)據(jù)庫技術(shù)探討了本文提出的風(fēng)荷載譜建模方法在極值風(fēng)荷載估計、風(fēng)荷載特性分析、風(fēng)荷載預(yù)測及結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計中的應(yīng)用前景。
[Abstract]:The large span roof structure is light in weight, flexible and sensitive to wind load. Because of the variety of roof forms, the fluctuating wind load on the roof surface is obviously affected by the characteristic turbulence, so it is often assumed that it is no longer applicable. The study of wind load characteristics combined with characteristic turbulence is a hot research direction in wind engineering, and the determination of wind load is also one of the key problems in wind resistant design of long-span roof structures. Wind load spectrum is an important parameter to describe the fluctuating wind load of structures, and it is also a necessary basis for the design of wind resistance of structures. In view of the complex aerodynamic characteristics and structural dynamic characteristics of long-span roof structures, the current wind load spectrum model is generally fitted according to the results of wind load measurement, and there is no uniform fitting form, and the physical meaning of the model parameters is not clear. The results of fitting parameters are discrete, so the influence of parameters on the dynamic response of structures is difficult to estimate. Therefore, it is necessary to perfect the modeling theory of wind load spectrum, and put forward a kind of wind load spectrum model, which has strong universality and is easy to be applied. On the basis of reviewing the wind speed spectrum model of atmospheric turbulence and the wind load spectrum model of low-rise buildings and high-rise buildings, a new wind load spectrum model is proposed in this paper, which is derived theoretically and analyzed statistically. The relationship between the parameters and the shape of the spectral curve, the characteristic turbulence and the wind-induced vibration response of the structure is established, and the mathematical, physical and mechanical meanings of the parameters are discussed. Combined with wind tunnel test data, the wind load spectrum model of typical long span roof structure is established. The main contents are as follows: 1. The parameters of a commonly used wind load spectrum model fitting formula are transformed by mathematical method for reference to the modeling idea of atmospheric turbulence wind speed spectrum. A wind load self-power spectrum model, which is expressed by three parameters of self-power spectrum, is obtained. For the cross-power spectrum model, the exponential coherent function model expressed by the attenuation exponent of the model is still used. 2. Based on the random vibration theory, the influence of the four parameters on the dynamic response of the structure is discussed. The relationship between the wind load spectrum model parameters and the wind-induced vibration response of the structure is established. 3. Based on the wind tunnel test data of 115 sets of typical long-span roof (including flat roof, cantilever roof, cylindrical roof and spherical roof), The parameters of the wind load spectrum model are obtained, and the range and distribution of spectral parameters in different flow field conditions and different forms of roof are analyzed, and the relationship between the parameters and the characteristic turbulence is discussed. It is proved that the spectral model has certain physical connotations. 4. Based on the different roof characteristic turbulence forms and the sensitivity analysis of the parameters to the structural response, the spectral parameters of all the above wind tunnel test conditions are statistically analyzed. A more universal wind load spectrum model of long-span roof structure is presented, and the wind vibration response of 642 structures (including plate grid, cantilever truss, double-layer cylindrical latticed shell) is analyzed. The validity of the model and the applicability of the modeling method are verified. Finally, combined with stochastic simulation, data mining and database technology, the application prospect of wind load spectrum modeling method proposed in this paper in extreme wind load estimation, wind load characteristic analysis, wind load prediction and wind resistant design of structures is discussed.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TU312.1

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本文編號：2232723