【摘要】：大跨環(huán)形空腹索桁結(jié)構(gòu)具有單位重量輕、跨度大、施工方便的優(yōu)點(diǎn),特別適用于大型體育場(chǎng)建筑。由于其柔性較大,在風(fēng)激作用下易產(chǎn)生較大的振動(dòng)和變形,風(fēng)荷載是該種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要控制荷載,處理不當(dāng)會(huì)造成工程結(jié)構(gòu)損傷和破壞,帶來重大損失。但我國規(guī)范只有針對(duì)豎向懸臂型結(jié)構(gòu)的風(fēng)振公式,對(duì)大跨結(jié)構(gòu)沒有涉及。目前,大跨環(huán)形空腹索桁結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)相關(guān)的研究成果較少。本文圍繞環(huán)形空腹索桁結(jié)構(gòu)的風(fēng)振響應(yīng)特性進(jìn)行了一系列研究,建立了該結(jié)構(gòu)的等效靜力響應(yīng)表達(dá)式,為該結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)提供了參考。本文主要研究?jī)?nèi)容和成果如下:運(yùn)用奇異值分解技術(shù),獲得環(huán)形空腹索桁結(jié)構(gòu)的初始內(nèi)力分布,確定其初始構(gòu)型。建立鉸接桿系結(jié)構(gòu)的平衡矩陣,通過其秩判定結(jié)構(gòu)能否施加預(yù)應(yīng)力。推導(dǎo)環(huán)形空腹索桁結(jié)構(gòu)的可行預(yù)應(yīng)力,得到其初始內(nèi)力分布后建立有限元模型。通過計(jì)算其靜荷載下的位移,驗(yàn)證結(jié)構(gòu)有限元模型的適用性。使用Fluent模擬結(jié)構(gòu)表面風(fēng)壓分布,獲得環(huán)形空腹索桁結(jié)構(gòu)的體型系數(shù)�；诰�性濾波器法中的AR模型,在MATLAB中編程模擬具有空間相關(guān)性的脈動(dòng)風(fēng)速時(shí)程。采用Fourier變換獲得其模擬風(fēng)速譜,與目標(biāo)譜對(duì)比以驗(yàn)證模擬效果。最后運(yùn)用Fluent進(jìn)行風(fēng)壓數(shù)值模擬,從而得到結(jié)構(gòu)上表面各節(jié)點(diǎn)所在分區(qū)的風(fēng)荷載體型系數(shù),實(shí)現(xiàn)從風(fēng)速時(shí)程到風(fēng)荷載時(shí)程的轉(zhuǎn)換。給出環(huán)形空腹索桁結(jié)構(gòu)基于響應(yīng)的風(fēng)振系數(shù)。運(yùn)用ANSYS分析結(jié)構(gòu)的自振頻率、振型及阻尼等動(dòng)力特性,并在時(shí)域內(nèi)求解其風(fēng)振響應(yīng),獲得結(jié)構(gòu)各節(jié)點(diǎn)的位移時(shí)程和各單元的內(nèi)力時(shí)程。介紹峰值因子的理論公式,結(jié)合環(huán)形空腹索桁結(jié)構(gòu)的基頻,建議峰值因子取4.1。將響應(yīng)風(fēng)振系數(shù)概念用于環(huán)形空腹索桁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),基于響應(yīng)時(shí)程的均值和根方差,算出CC型(內(nèi)外環(huán)均為圓形)結(jié)構(gòu)的整體位移風(fēng)振系數(shù)為2.05,整體內(nèi)力風(fēng)振系數(shù)為1.48。建立環(huán)形空腹索桁結(jié)構(gòu)等效靜風(fēng)響應(yīng)的表達(dá)式。引入非線性調(diào)整系數(shù)的概念,建立風(fēng)振響應(yīng)均值與平均風(fēng)荷載下靜力響應(yīng)的關(guān)系�？紤]不同結(jié)構(gòu)基本風(fēng)壓、初始內(nèi)力水平、桅桿高度、結(jié)構(gòu)形狀的差異,討論上述參數(shù)變化對(duì)整體風(fēng)振系數(shù)的影響。參數(shù)分析表明,增大基本風(fēng)壓、初始內(nèi)力水平會(huì)使結(jié)構(gòu)的整體風(fēng)振系數(shù)減小,降低桅桿高度也有類似的效果;相對(duì)于CC型索桁結(jié)構(gòu),EE型(內(nèi)外環(huán)均為橢圓)索桁結(jié)構(gòu)的整體風(fēng)振系數(shù)略大。風(fēng)振系數(shù)的軟件模擬結(jié)果與實(shí)際結(jié)構(gòu)風(fēng)洞試驗(yàn)的結(jié)論實(shí)現(xiàn)了較好地吻合。等效靜力方法得到的位移、內(nèi)力增量很好地包絡(luò)了時(shí)程方法相應(yīng)結(jié)果的極值,說明了等效靜力方法的適用性。
【圖文】：

1.1 研究背景及意義作為一種備受矚目的結(jié)構(gòu)形式，大跨空間結(jié)構(gòu)往往成為當(dāng)?shù)氐臉?biāo)志性建筑，它的發(fā)展?fàn)顩r已經(jīng)成為衡量一個(gè)國家建筑科技水平的重要標(biāo)志。我國現(xiàn)代空間結(jié)構(gòu)起步于二十世紀(jì)七、八十年代。目前，該類結(jié)構(gòu)形式在體育場(chǎng)館、會(huì)展中心、候車大廳、工業(yè)廠房與倉庫等多種建筑中獲得大量應(yīng)用[1]。大跨柔性屋蓋結(jié)構(gòu)單位面積重量較輕，且剛度不大，屬于風(fēng)敏感性結(jié)構(gòu)，在風(fēng)激作用下易產(chǎn)生較大的振動(dòng)和變形，風(fēng)荷載通常是該類結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的主要控制荷載[2][3]。結(jié)構(gòu)如果抗風(fēng)設(shè)計(jì)不當(dāng)，可能產(chǎn)生過大的變形影響正常工作，甚至產(chǎn)生局部破壞，直至整體破壞[4]。國內(nèi)外有很多這樣的破壞實(shí)例。2007 年 1 月 5 日，在加拿大溫哥華市，卑詩省體育館(BC Place Stadium)圓頂突然塌陷[5]。在強(qiáng)風(fēng)的吹動(dòng)下，其中一塊三角形的天頂布幕突然出現(xiàn)裂痕，并且迅速被強(qiáng)風(fēng)撕開一個(gè)大洞[2]，如圖 1-1所示。2005 年 9 月 28 日，臺(tái)風(fēng)“達(dá)維”襲擊海南三亞，撕破了三亞美麗之冠文化會(huì)展中心的膜頂[6]，會(huì)展中心如圖 1-2 所示。

1.1 研究背景及意義作為一種備受矚目的結(jié)構(gòu)形式，大跨空間結(jié)構(gòu)往往成為當(dāng)?shù)氐臉?biāo)志性建筑，它的發(fā)展?fàn)顩r已經(jīng)成為衡量一個(gè)國家建筑科技水平的重要標(biāo)志。我國現(xiàn)代空間結(jié)構(gòu)起步于二十世紀(jì)七、八十年代。目前，該類結(jié)構(gòu)形式在體育場(chǎng)館、會(huì)展中心、候車大廳、工業(yè)廠房與倉庫等多種建筑中獲得大量應(yīng)用[1]。大跨柔性屋蓋結(jié)構(gòu)單位面積重量較輕，且剛度不大，屬于風(fēng)敏感性結(jié)構(gòu)，在風(fēng)激作用下易產(chǎn)生較大的振動(dòng)和變形，風(fēng)荷載通常是該類結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的主要控制荷載[2][3]。結(jié)構(gòu)如果抗風(fēng)設(shè)計(jì)不當(dāng)，可能產(chǎn)生過大的變形影響正常工作，甚至產(chǎn)生局部破壞，直至整體破壞[4]。國內(nèi)外有很多這樣的破壞實(shí)例。2007 年 1 月 5 日，在加拿大溫哥華市，卑詩省體育館(BC Place Stadium)圓頂突然塌陷[5]。在強(qiáng)風(fēng)的吹動(dòng)下，其中一塊三角形的天頂布幕突然出現(xiàn)裂痕，并且迅速被強(qiáng)風(fēng)撕開一個(gè)大洞[2]，，如圖 1-1所示。2005 年 9 月 28 日，臺(tái)風(fēng)“達(dá)維”襲擊海南三亞，撕破了三亞美麗之冠文化會(huì)展中心的膜頂[6]，會(huì)展中心如圖 1-2 所示。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TU311.3

【參考文獻(xiàn)】

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9 李t

本文編號(hào)：2663900