大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)近年來(lái)已被廣泛應(yīng)用于大型基礎(chǔ)設(shè)施、文化體育場(chǎng)所之中,由于其抗風(fēng)設(shè)計(jì)理論的發(fā)展滯后于工程實(shí)踐,結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)是這類結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建造中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。尤其是這類結(jié)構(gòu)在風(fēng)的作用下展現(xiàn)出復(fù)雜的空氣動(dòng)力效應(yīng),風(fēng)荷載的時(shí)頻特性難以用解析的形式表達(dá)。加之這類結(jié)構(gòu)往往具備空間受力特點(diǎn),使得結(jié)構(gòu)的自振頻率較為密集,在風(fēng)荷載作用下的高階模態(tài)貢獻(xiàn)突出,模態(tài)耦合效應(yīng)顯著,無(wú)疑都增加了風(fēng)振響應(yīng)分析和等效靜風(fēng)荷載估計(jì)的難度。在近十幾年來(lái)的研究和實(shí)踐中,國(guó)內(nèi)外學(xué)者和工程人員積累了大量針對(duì)典型大跨屋蓋結(jié)構(gòu)以及工程項(xiàng)目的抗風(fēng)研究數(shù)據(jù)和方法,但仍缺少系統(tǒng)的整理、比較和分析,使得這些數(shù)據(jù)和方法在表達(dá)形式上過(guò)于復(fù)雜,難以被工程設(shè)計(jì)人員所掌握,無(wú)法直接有效地為工程實(shí)踐提供指導(dǎo)。本文在綜合考察時(shí)域和頻域分析在抗風(fēng)設(shè)計(jì)理論研究中的特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,認(rèn)為頻域方法在形成規(guī)范體系、數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用方面具有巨大的潛力。基于這個(gè)想法,結(jié)合大量典型大跨屋蓋結(jié)構(gòu)的風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù),從頻域角度對(duì)屋蓋表面的脈動(dòng)風(fēng)壓進(jìn)行了定量化研究,重點(diǎn)探討了不同特征湍流作用下的風(fēng)壓譜模型參數(shù)的變化規(guī)律,建立了風(fēng)壓譜模型參數(shù)與風(fēng)振響應(yīng)和等效靜風(fēng)荷載的聯(lián)系,提出了一套基于風(fēng)壓譜的大跨屋蓋結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)理論。主要工作內(nèi)容包含幾個(gè)方面:(1)在對(duì)五種典型大跨屋蓋(平屋蓋、懸挑屋蓋、柱面屋蓋、球面屋蓋、鞍形屋蓋)的1730組工況18048個(gè)樣本的風(fēng)洞測(cè)壓數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析的基礎(chǔ)上,總結(jié)出一種形式統(tǒng)一的風(fēng)壓譜工程模型。該模型的參數(shù)既能夠定量描述特征湍流作用下的脈動(dòng)風(fēng)壓場(chǎng)特性,具有較為明確的物理意義,又具有合理穩(wěn)定的分布范圍,為后續(xù)的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。(2)結(jié)合自然激勵(lì)的濾波表示法,將風(fēng)壓譜工程模型應(yīng)用于結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)分析中,建立風(fēng)壓譜模型參數(shù)與結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)的聯(lián)系,提出了一種高效、精確的大跨屋蓋結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)算法。在探討模態(tài)組合方法對(duì)計(jì)算精度影響的基礎(chǔ)上,提出了一種簡(jiǎn)化的CQC方法及簡(jiǎn)化原則,以在保證計(jì)算精度的基礎(chǔ)上提高計(jì)算效率。(3)基于對(duì)等效靜風(fēng)荷載概念的理解,從頻域角度探討背景、共振效應(yīng)的內(nèi)涵,推導(dǎo)出“點(diǎn)狀剛性”結(jié)構(gòu)的基準(zhǔn)等效靜力狀態(tài),并建立其中的背景、共振效應(yīng)系數(shù)與風(fēng)壓譜模型的聯(lián)系,提出了“陣風(fēng)響應(yīng)包絡(luò)法”以表達(dá)大跨屋蓋結(jié)構(gòu)的等效靜風(fēng)荷載。(4)對(duì)上述五種典型大跨屋蓋的不同的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)形式,進(jìn)行了23940組工況的參數(shù)化風(fēng)振響應(yīng)分析,考察了屋蓋幾何特征、來(lái)流條件及結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)背景及共振效應(yīng)系數(shù)的影響。并通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析,總結(jié)了典型屋蓋結(jié)構(gòu)等效靜風(fēng)荷載的取值建議。(5)在上述研究的基礎(chǔ)上,結(jié)合工程設(shè)計(jì)人員和抗風(fēng)研究人員在大跨屋蓋結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)中的基本任務(wù),開(kāi)發(fā)了相關(guān)的軟件功能模塊,并將其集成為大跨屋蓋結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)軟件(WRDS)。其中,將風(fēng)壓譜建模作為一種高效的風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)預(yù)處理及數(shù)據(jù)壓縮手段,并將風(fēng)壓譜模型參數(shù)作為數(shù)據(jù)訓(xùn)練及預(yù)測(cè)、風(fēng)振響應(yīng)分析、等效靜風(fēng)荷載估計(jì)、隨機(jī)模擬等功能模塊的重要輸入?yún)?shù),為大數(shù)據(jù)時(shí)代大跨屋蓋結(jié)構(gòu)的智能化抗風(fēng)設(shè)計(jì)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TU352.2
【部分圖文】：

圖 1-1 風(fēng)荷載鏈及結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)的時(shí)域、頻域分析方法-1 Wind loading chain and time, frequency domain analyses methods in structuraresistant design1 風(fēng)荷載的時(shí)頻特性研究在風(fēng)荷載方面，早期的研究主要針對(duì)風(fēng)荷載的時(shí)域統(tǒng)計(jì)量，主要是平

(a) 工況數(shù) (b) 樣本數(shù)圖 2-3 典型大跨屋蓋風(fēng)洞試驗(yàn)工況及樣本數(shù)統(tǒng)計(jì)圖Fig.2-3 Statistics of wind tunnel cases and samples for typical large-span roofs(a) case statistics (b) sample statistics本文考察了平屋蓋、懸挑屋蓋、柱面屋蓋、球面屋蓋及鞍形屋蓋五種典型的大跨度屋蓋形式（如圖 2-2），對(duì)不同幾何尺寸、來(lái)流條件的風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)

圖 2-8 中間參數(shù) 關(guān)于 κ、Sm的等值線圖tour of temporary parameter with respect to spectral parame型中的 Fm表示風(fēng)荷載能量分布最大的無(wú)量綱頻率，與特定的流場(chǎng)特征湍流現(xiàn)象相關(guān)。該參數(shù)對(duì)應(yīng)的峰值理論上，參數(shù) Sm的取值范圍為(0, 1)，取值越大說(shuō)明

【參考文獻(xiàn)】

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5 孫瑛;大跨屋蓋結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2007年

6 陳波;大跨屋蓋結(jié)構(gòu)等效靜風(fēng)荷載精細(xì)化理論研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2006年

7 陸鋒;大跨度平屋面結(jié)構(gòu)的風(fēng)振響應(yīng)和風(fēng)振系數(shù)研究[D];浙江大學(xué);2001年

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5 李悅;球面網(wǎng)殼風(fēng)敏感性等效及靜風(fēng)荷載研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

6 李佳;常開(kāi)孔的大跨度平屋蓋風(fēng)荷載特性[D];北京交通大學(xué);2015年

7 王林杰;開(kāi)敞式大跨平屋蓋風(fēng)荷載特性[D];北京交通大學(xué);2015年

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9 常虹;柱面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)風(fēng)敏感度及抗風(fēng)設(shè)計(jì)方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

10 蘇寧;大跨屋蓋脈動(dòng)風(fēng)荷載譜模型研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

本文編號(hào)：2829256