单层球面网壳结构风荷载计算及风振系数影响分析

摘要

网壳结构的风振影响的严重性、敏感性不亚于高层、高耸结构和大跨桥梁,往往成为结构设计的控制荷载,并且风振响应的计算方法理论性强,工作量大,在实际工程中的应用受到很大的限制,因此网壳结构的风荷载影响分析已成为亟待解决的问题。本文主要研究内容与成果如下:
　　 (1)分别对结构进行总风荷载作用下的时程分析和结构在平均风与脉动风荷载共同作用下的时程分析,并进行位移、轴力和风振系数的对比,结果表明纯脉动风荷载对结构风振响应的影响很大,在计算过程中不应该忽略:
　　 (2)分别考虑在结构所有节点均施加某一个相同的时程风荷载,和所有节点均施加各自的时程风荷载两种情况,研究这两种情况下结构的节点位移、单元内力和风振系数的变化规律,结果表明在结构模型上所有节点均施加某一个相同的节点风荷载,当该节点风荷载改变时,结构的风振响应变化不显著,但是在结构的每个节点上施加各自的时程风荷载时结构的风振响应变化显著,此时风振响应最大；
　　 (3)研究了刚度和矢跨比对单层球面网壳结构风振系数的影响,结果表明结构整体风振系数随着结构刚度和矢跨比的增大而减小,并且整体位移风振系数与结构矢跨比基本成线性关系；对于矢跨比为0.25的单层球面网壳结构,风振系数奇点多发生在边缘向内的第二圈节点和环向单元上,随着结构矢跨比的改变风振奇点的位置也发生变化。去掉大于5的风振系数,统计出结构具有95％保证率的整体风振系数,当矢跨比为0.25时,结构的整体位移风振系数为4.5595,整体内力风振系数为4.2039。根据本文的分析,综合考虑矢跨比和刚度的影响,建议单层球面网壳的整体风振系数可偏安全地取为4.6。
　　 本文为大跨度空间结构的抗风设计提供了一定依据,并计算了单层球面网壳结构的风振系数,提出了单层球面网壳结构风振响应分析中的不足之处和尚待解决的问题。

目录

文摘

英文文摘

1 引言

1.1 网壳结构的发展应用概况

1.2 大跨度网壳结构的风振分析现状

1.2.1 大跨度网壳结构风振研究的重要性

1.2.2 大跨度空间结构抗风研究现状

1.2.3 风振响应计算方法

1.3 本文主要内容

2 风荷载特性及数值模拟

2.1 平均风特性

2.2 脉动风特性

2.3 结构风荷载

2.3.1 风荷载计算

2.3.2 风速与风压的关系

2.3.3 风振系数

2.4 风荷载的数值模拟

2.4 本章小结

3 单层球面网壳结构有限元模型

3.1 网壳结构有限元理论

3.2 空间梁单元

3.3 风振动力响应时程分析

3.3.1 随机风响应动力方程

3.3.2.ANSYS分析步骤

3.3.3 网壳结构ANSYS时程分析流程

3.4 单层球面网壳结构的有限元模型

3.4.1 网壳的基本设计资料

3.4.2 风速模拟

3.4.3 风荷载体型系数

3.4.4 风压高度变化系数

3.4.5 节点荷载转换

3.5 本章小结

4 网壳风荷载计算方法研究

4.1 不同风荷载作用下节点位移的比较

4.2 不同风荷载作用下单元轴力的比较

4.3 不同风荷载作用下风振系数的比较

4.4 本章小结

5 网壳风荷载输入方法研究

5.1 不同风荷载作用下节点位移的比较

5.2 不同风荷载作用下单元轴力的比较

5.3 不同风荷载作用下风振系数的比较

5.4 本章小结

6 单层球壳风振系数计算

6.1 球壳风振系数

6.2 风振奇点及风振系数计算

6.3 结构刚度对风振系数的影响

6.4 矢跨比对网壳结构风振系数的影响

6.5 本章小结

7 主要结论和今后工作展望

7.1 主要结论

7.2 今后工作与展望

参考文献

在读期间发表的学术论文

作者简历

致谢、附录