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体育场大跨网架屋盖结构的风振响应和风振系数研究

作　者: 王珩
导　师: 孙炳楠
学　校: 浙江大学
专　业: 结构工程
关键词: 大跨网架屋盖结构 刚性模型 风洞试验 有限元 背景模态分析法 准定常假设 时程分析法 风振响应 风振系数
分类号: TU356
类　型: 硕士论文
年　份: 2003年
下　载: 322次
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内容摘要


随着科学技术的发展和施工工艺的进步，新建的体育场的看台往往覆盖着各种外形美观、结构新颖的大跨度柔性屋盖结构。风流经屋面时，会在屋面的大部分区域产生强大的吸力，并引起柔性屋面的风振。目前国内外对大跨度柔性屋盖结构的竖向风振研究很少，本文研究的体育场大跨网架屋盖结构的风荷载及风振响应作为大跨度柔性屋盖结构的一个专题，具有重要的工程应用价值和学术研究意义。 本文采用风洞模型试验和计算机数值计算相结合的方法，对台州体育中心看台屋盖的风振机理、风振形态、风振响应以及风振系数进行了系统研究，取得了一些有意义的结论。 在风洞试验方面，通过对台州体育中心屋盖刚性模型在模拟大气边界层风洞中进行的不同风向角下的风洞试验所得数据的研究，获得了结构在各种情况下的屋面风压分布规律，并且绘制了台州体育中心屋盖在各个风向角下的屋盖平均风压系数和脉动风压系数分布等值线图。 在理论分析方面，建立合理的有限元模型，利用刚性模型风洞试验获得的各种不同情况下屋面各节点的平均风压系数和脉动风压时程，在频域内和时域内进行了大跨网架屋盖结构的风振响应分析。在频域内，采用背景模态分析法，通过计算得到对结构振动能量贡献最大的一阶背景模态，从而得到结构脉动响应的均方根值；在时域内，采用直接积分法求出结构响应的时间历程，并且通过统计，同样得到结构脉动响应的均方根值。然后通过两种方法计算结果的相互比较，指出在准定常假设的基础上进行的背景模态分析法所得风振响应规律和时程分析法所得基本吻合，且可以考虑到高阶频率对振动的影响。最后通过对大跨网架屋盖结构的风振系数的研究，提出了在实际工程设计中，采用位移风振系数来计算大跨屋盖的等效静力风荷载既正确又方便使用，并且给出了台州体育中心看台屋盖进行分块统计后的位移风振系数，以供设计参考。

全文目录


中文摘要  4-5
英文摘要  5-7
第一章 绪论  7-16
  1．1 引言  7-8
  1．2 体育场大跨屋盖结构的主要形式及其表面风压分布特征  8-10
  1．3 体育场大跨屋盖结构的风致破坏机理  10-11
  1．4 风洞试验在体育场大跨屋盖结构抗风设计中的应用  11-13
  1．5 本文研究背景、方法和主要工作  13-16
    1．5．1 本文研究背景  13-14
    1．5．2 本文方法  14-15
    1．5．3 本文的主要工作及成果  15-16
第二章 大跨网架屋盖结构风振响应背景模态分析法  16-36
  2．1 近地风的特性  16-21
    2．1．1 大气边界层与平均风剖面  16-17
    2．1．2 脉动风的性质  17-20
    2．1．3 作用在屋面结构上的静动力风荷载  20-21
  2．2 大跨度网架结构的背景模态分析法  21-28
    2．2．1 基本假设  21
    2．2．2 背景模态分析法理论公式  21-28
  2．3 计算实例  28-34
  2．4 本章小结  34-36
第三章 刚性风洞模型试验  36-48
  3．1 模型制作和测点布置  36-37
    3．1．1 模型制作  36
    3．1．2 测点布置  36-37
  3．2 试验设备  37-38
    3．2．1 风洞  37
    3．2．2 测量系统  37-38
  3．3 风场模拟  38
  3．4 试验工况与试验方法  38-39
  3．5 试验结果与分析  39-47
    3．5．1 风压计算公式  39-40
    3．5．2 局部体型系数的计算  40-41
    3．5．3 平均风压分布特征  41-44
    3．5．4 脉动风压分布特征  44-47
  3．6 本章小结  47-48
第四章 大跨网架屋盖结构风振响应的时程分析法  48-65
  4．1 结构的自振特性  48-49
  4．2 结构风振响应的时程分析法  49-52
    4．2．1 结构动力响应计算理论  50-51
    4．2．2 风振系数计算  51-52
  4．3 算例分析  52-54
    4．3．1 有限元建模  52-53
    4．3．2 施加荷载  53-54
  4．4 计算结果及风向角对时程响应的影响  54-58
  4．5 模态分析方法和时程分析方法结果的比较  58-63
    4．5．1 脉动风均方响应比较  58-60
    4．5．2 风振系数比较  60-63
  4．6 本章小结  63-65
第五章 结论与展望  65-68
  5．1 本文主要结论  65-67
  5．2 进一步工作的设想  67-68
致谢  68-69
参考文献  69-71

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑结构 > 特种结构 > 网架结构
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