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大跨度张弦梁结构抗风性能的研究

作 者: 黄颖
导 师: 房贞政
学 校: 福州大学
专 业: 结构工程
关键词: 张弦梁 抗风性能 等效静力风荷载 风荷载人工模拟 频域法 时程法 风振系数
分类号: TU399
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
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内容摘要


张弦梁结构是近年来在国内发展起来的一种新型的大跨度空间结构形式,这种结构体系在受力时呈现出较强的非线性性能,其结构设计一般由稳定而非强度控制,且具有较强的缺陷敏感性。目前,对张弦梁结构非线性静力性能的研究已取得长足进展,但在动力稳定性方向,特别是在非线性抗震及抗风分析方面都有待进一步研究。对大跨度空间结构而言,风荷载作用是结构设计中的主要荷载之一,在大多数情况下,它比地震荷载还显得重要。本文在总结张弦梁结构抗风性能研究现状的基础上主要进行了以下几个方面的工作:(1)本课题主要通过研究张弦梁结构的受力性能和构造特点,利用有限元分析软件ANSYS中仿真功能,对张弦梁结构模型、计算进行了参数化编程,为深入研究该结构的动力反应分析奠定了基础。(2)利用初始模型,应用大型有限元软件ANSYS对张弦梁结构进行了模态分析,比较系统地分析了张弦梁结构的自振特性,为深入讨论张弦梁的抗风性能作下铺垫。(3)对风致响应的计算方法进行论述,总结,找出最优的分析方法。(4)对所取的张弦梁结构进行等效静力风荷载的分析,得出结构响应包括最大位移、最大杆件轴力、最大索力和最小索力(避免索松弛),将结果和脉动风荷载的结果进行比较。(5)利用线性自回归滤波器法进行空间张弦梁脉动风荷载的模拟,将模拟出的风速时程在准定常的基础上转化为风压时程,进行张弦梁结构脉动风荷载的时程分析。(6)编制频域法计算程序和脉动风荷载的人工模拟程序,采用频域法和时程法对张弦梁的风振响应进行分析,并对这两种方法的分析结果进行对比。此外,讨论拉索截面积、屋面恒载、弦的预张力等参数对张弦梁结构风振性能的影响。最后对张弦梁结构的风振响应进行分析总结,得出风振系数,包括位移风振系数和内力风振系数,并将它们进行规律性的总结,提出一些张弦梁结构抗风设计的主要原则和实质性建议。

全文目录


中文摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章 绪论  8-18
  1.1 概述  8-9
  1.2 张弦梁结构介绍  9-12
    1.2.1 张弦梁结构的特点  10
    1.2.2 张弦梁结构的分类  10-12
  1.3 张弦梁结构的抗风性能研究现状  12-15
    1.3.1 抗风设计方法  13-14
    1.3.2 风振非线性动力时程分析理论  14
    1.3.3 脉动风荷载的模拟  14-15
  1.4 目前存在的问题及本文主要工作  15-17
    1.4.1 主要存在的问题  15-16
    1.4.2 本文的主要工作  16-17
  1.5 论文结构  17-18
第二章 风荷载的基本理论  18-29
  2.1 引言  18
  2.2 风荷载  18-25
    2.2.1 风荷载特征  18-19
    2.2.2 基本风压的确定  19-21
    2.2.3 风压高度变化系数  21-24
      2.2.3.1 风压高度变化系数确定的原理  21-23
      2.2.3.2 风压高度变化系数确定的方法  23-24
    2.2.4 风载体型系数  24-25
  2.3 脉动风性质  25-28
    2.3.1 脉动风速谱  25-26
    2.3.2 脉动风的空间相关性  26-28
  2.4 本章小结  28-29
第三章 张弦梁结构风振响应的频域法分析  29-53
  3.1 引言  29-30
  3.2 大跨空间结构风致振动  30-34
    3.2.1 大跨空间结构风致振动理论  30-31
    3.2.2 结构风振响应的计算方法  31-34
      3.2.2.1 风洞试验方法  31-32
      3.2.2.2 解析方法  32
      3.2.2.3 离散频域方法  32-33
      3.2.2.4 离散时域方法  33-34
  3.3 张弦梁结构自振特性分析  34-42
    3.3.1 基本理论  35
    3.3.2 典型单榀张弦梁结构算例  35-42
      3.3.2.1 工程概况  35-36
      3.3.2.2 计算模型  36-37
      3.3.2.3 杆件截面及材质  37
      3.3.2.4 荷载设计参数选用  37-42
  3.4 频域法进行张弦梁结构风振响应分析  42-52
    3.4.1 静力风荷载的分析  42-47
      3.4.1.1 静力风荷载的确定  43
      3.4.1.2 静力风荷载响应分析  43-45
      3.4.1.3 参数对静力风荷载响应影响分析  45-47
    3.4.2 脉动风荷载的分析  47-52
      3.4.2.1 PSD法分析各参数的确定  47-48
      3.4.2.2 脉动风荷载的确定  48-50
      3.4.2.3 脉动风荷载响应的PSD分析  50-52
  3.5 本章小结  52-53
第四章 张弦梁结构风振响应的时域法分析  53-94
  4.1 风荷载模拟技术  53-60
    4.1.1 谐波叠加法模拟(WAWA法)  54-56
    4.1.2 线性回归滤波器法(AR法)  56-58
    4.1.3 改进的线性回归滤波器法  58-60
  4.2 程序编制及算例分析  60-66
    4.2.1 算例分析  62-66
      4.2.1.1 算例一:空间两点风速曲线的模拟  62-63
      4.2.1.2 算例二:空间四点风速曲线的模拟  63-66
  4.3 单榀张弦梁结构风振响应分析  66-93
    4.3.1 结构的风荷载模拟  66-71
    4.3.2 时程分析法  71-79
      4.3.2.1 水平脉动风荷载的分析  75-77
      4.3.2.2 竖向脉动风荷载的分析  77-79
    4.3.3 时域法和频域法的结果对比  79-81
    4.3.4 参数分析  81-87
      4.3.4.1 拉索预应力对结构风振响应的影响  81-83
      4.3.4.2 屋面恒载对结构风振响应的影响  83-85
      4.3.4.3 拉索截面积对结构风振响应的影响  85-87
    4.3.5 张弦梁风振系数分析  87-93
  4.4 本章小结  93-94
第五章 结论与展望  94-96
  5.1 本文主要结论  94-95
  5.2 建议与展望  95-96
参考文献  96-99
致谢  99-100
个人简历  100
攻读硕士学位期间所发表的学术论文  100

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