复杂形体大跨空间结构风压与等效静风荷载数值模拟

摘要

空间结构因其结构形式新颖、造型优美、使用空间大而得到广泛应用,一大批体育场馆、会展中心、火车站、机场航站楼,大跨空间结构柔度大、自振频率低、振型分布密集且各阶振型对其贡献大小不一,风荷载对其的效应不容忽视,甚至成为了该类结构设计中的主要控制荷载,因而研究大跨空间结构的风效应有着重要的意义。
　　本文以大跨空间建筑结构实际工程为对象,数值模拟分析复杂形体大跨空间结构在起伏地形下的风压分布、风载体型系数和等效静风荷载。运用Fluent软件模拟结构表面风载体型系数,系统研究湍流模型、矢跨比、风向角等因素对结构风载体型系数的影响;利用Matlab软件分别实现了基于常规谐波叠加法、线性滤波法的AR法以及改进的FFT方法对风速时程的数值模拟,通过对典型大跨空间结构风速时程的数值模拟,比较了不同方法的计算效率和计算精度,指出了FFT方法模拟大跨空间结构风速时程最为适合;基于ANSYS软件平台建立结构有限元模型,利用模拟所得的风荷载时程,计算分析结构风致动力效应;给出风振动力放大因子定义,并将其与基于特定时刻的结构瞬时风压分布相结合,建立了物理意义明确的等效静风荷载新概念;提出基于荷载效应的等效静风荷载分析方法,直接用荷载效应的包络值进行抗风设计可以方便的与其他荷载效应直接进行组合,不但避免了寻求等效静风荷载的繁琐,在物理概念上也更加清晰明确,且计算结果准确。最后,通过数值算例分别分析了基于结构不同等效目标的等效静风荷载及其分布。

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第一章 绪 论

1.1 选题背景与依据

1.2 研究现状

1.3 课题来源及主要研究内容

参考文献

第二章 大跨空间结构风压分布的数值模拟

2.1 引言

2.2 数值算法与验证

2.3 常州花博会铝合金屋盖表面风压数值模拟

2.4 南京牛首山大穹顶表面风压数值模拟

2.5 大跨度网架屋盖表面风压数值模拟

2.6 本章小结

参考文献

第三章 大跨空间结构风荷载数值模拟方法

3.1 常用的模拟风荷载方法

3.2 大跨空间结构风速时程数值模拟

3.3 本章小结

参考文献

第四章 大跨空间结构风振与等效静风荷载分析

4.1 引言

4.2 大跨空间结构风振响应分析

4.3大跨空间结构等效静风荷载分析方法

4.4 大跨度空间结构等效静风荷载计算

4.5 本章小结

参考文献

第五章 结论和展望

5.1 主要结论

5.2 研究展望

致谢

攻读硕士期间发表论文与参加科研项目情况

本课题组历届研究生学位论文及相关情况一览表