2008奥运羽毛球馆新型弦支穹顶结构风振响应及风振系数研究

摘要

随着社会经济和施工工艺的发展,大跨度空间结构被越来越多的应用到体育场、展览馆、机场和剧场等公共场所。并且随着跨度的不断增加,屋面材料越来越轻,导致大跨度空间结构对风荷载的影响非常敏感,在设计中必须考虑风荷载对结构的影响。目前,我国对大跨度空间结构风振响应的研究并不是很多,在对其进行设计时,大部分都是采用按高层、高耸结构的研究所得到的风振系数。这样的处理显然不合适,甚至会出现较大偏差。弦支穹顶结构是一种新型的空间结构体系,其对风荷载的影响是不容忽视的,然而国内外对其风振响应的研究很少。此结构体系具有诸多优点,在以后的设计中必然会被越来越多的采用,对弦支穹顶结构进行专门的风振响应以及风振系数的研究是非常必要的。 本文首先详细总结了大跨度空间结构风速模拟的几种理论,并根据自回归AR法的基本原理结合MATLAB及VC++进行混合编程,自行编制了具有空间相关性的多点风速时程曲线,对风速时程离散值作数理统计分析,将得到的模拟功率谱与目标功率谱相比较,得之结果非常吻合,证明了所编程序的正确性。以奥运羽毛球馆为例,对其屋盖进行风速模拟,并将风速时程转化为风荷载,利用有限元分析软件对其进行风振响应分析。得到了其在水平及竖向风速作用下的位移响应及应力响应,从而分析出在风振作用下结构体系的最薄弱位置。并且通过分析进一步证明在大跨度空间结构中,风振响应必须考虑竖向风荷载的影响,它与水平风荷载处于同一个数量级。 对奥运羽毛球馆进行了风振系数的计算分析,得到了具有参考价值的风振系数。并且分析了在相同的设计条件下,施加不同预应力度、不同撑杆长度和不同矢跨比时,节点位移风振系数的变化情况。得出风振系数随预应力度和撑杆长度的增加而减小,但是当其增大到一定程度,风振系数便会增大。同时,节点位移风振系数随矢跨比的减小而变小,但当矢跨比减小到一定值后风振系数亦会增大。由于影响风振系数的因素很复杂,可能受预应力度、撑杆长度、跨度、矢跨比、刚度、质量、阻尼等多个因素的耦合作用影响,因此得出简洁、准确的可供工程借鉴的弦支穹顶结构风振系数计算公式仍待进一步研究以及更多实际工程的数据积累。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2风荷载的特性及其模拟技术研究现状

1.2.1风荷载的特性

1.2.2风荷载数值模拟技术研究与应用现状

1.3大跨空间结构风振特点及研究现状

1.3.1空间结构的风振特点

1.3.2空间结构的风振研究现状

1.4大跨空间结构的主要计算方法

1.5本文的主要研究工作及研究方法

第二章风的特性和空间点的风速时程模拟

2.1风的特性

2.1.1平均风特性

2.1.2脉动风的性质

2.2脉动风荷载的数值模拟方法

2.2.1风速时程模拟的AR法

2.2.2谐波叠加法模拟

2.2.3逆Fourier变换法模拟

2.2.4小波分析

2.2.5算例分析

2.3本章小结

第三章大跨度弦支穹顶结构的风振响应及风振系数的研究

3.1水平风荷载与竖向风荷载

3.2风振响应求解的基本理论

3.2.1时域分析法

3.2.2频域分析法

3.3工程实例分析

3.3.1工程背景

3.3.2结构模型

3.3.3模态结果分析

3.3.4奥运羽毛球馆的风速模拟

3.3.5结构体系的风振响应分析

3.4弦支穹顶结构风振系数的研究

3.4.1风振系数的理论计算

3.4.2风振系数算例分析

3.4.3等效静力法与直接动力法的数值比较

3.5本章小结

第四章预应力弦支穹顶结构风振系数的参数分析

4.1预应力度对风振系数的影响分析

4.1.1预应力度对水平平均风作用下节点位移的影响

4.1.2预应力度对水平脉动风作用下节点位移响应均方差的影响

4.1.3预应力度对节点位移风振系数的影响

4.2撑杆长度对风振系数的影响

4.2.1撑杆长度对水平平均风作用下节点位移的影响

4.2.2撑杆长度对水平脉动风作用下节点位移响应均方差的影响

4.2.3撑杆长度对节点位移风振系数的影响

4.3矢跨比对风振系数的影响

4.3.1矢跨比对水平平均风作用下节点位移的影响

4.3.2矢跨比对水平脉动风作用下节点位移响应均方差的影响

4.3.3矢跨比对节点位移风振系数的影响

4.4本章小结

结论与展望

本文的主要结论

今后的研究和展望

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致 谢