大跨度球面网壳风荷载模拟及风振响应特性研究

来源 :石家庄铁道大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:WRYJL2001
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由于空间网壳结构具有跨度大、受力合理、形式多样、造型优美等特点,在车站站房、机场航站楼、体育场馆、会展中心等大型公共建筑中被广泛采用。球面网壳结构作为空间网壳结构中常见的形式之一,除前述特点外,还具有自重轻、刚度小、自振频率分布密集等特点,属于典型的风敏感结构。近年来,随着轻质高强建筑材料在球面网壳结构中的不断采用,该类结构的风敏感性也不断增强,风荷载及其风荷载引起的结构风振响应已经成为结构设计的控制因素。另外,球面网壳结构较为低矮,处于大气边界层中风速变化大、湍流度高的区域,受空气动力作用影响大,且结构具体形式不同,绕流情况也不尽相同。现有规范仅对高层高耸结构的风荷载以及风振响应分析给出了规定,但是尚未有规范能为球面网壳结构的风荷载与风振响应分析提供指导。因此,对球面网壳结构的风荷载模拟及风振响应特性研究十分必要。本文采用线性滤波法对一Kiewitt型带肋局部双层球面网壳结构表面风荷载进行分析,在此基础上,对其风振响应特性进行了研究。具体为:首先,采用线性滤波法中考虑随时间变化的时变AR模型(Autoregressive model)与时变脉动风速谱进行非平稳脉动风速的模拟,并由MATLAB程序实现。对一Kiewitt型带肋局部双层球面网壳结构表面节点处风速进行模拟,并将模拟所得功率谱与目标功率谱、模拟所得相关函数与目标相关函数对比,从而验证通过时变AR模型模拟Kiewitt型带肋局部双层球面网壳结构表面节点的非平稳脉动风速是切实可行的;再将模拟得到的风速时程转化为结构表面风荷载时程。其次,在ANSYS有限元软件中建立Kiewitt型带肋局部双层球面网壳结构有限元模型,对结构进行模态分析,得到结构自振特性参数;将模拟所得结构表面节点风荷载施加到有限元模型上进行结构风振响应时程分析:1)对结构分别施加顺风向、竖向风荷载,通过对比响应分析结果发现,竖向脉动风荷载对结构的风振响应影响较顺风脉动风荷载小,但差别不大,因此研究Kiewitt型带肋局部双层球面网壳结构风振响应时,须同时考虑顺风向和竖向脉动风的影响;2)将总风荷载(顺风向与竖向风荷载之和)施加在结构有限元模型上进行风振响应时程分析,并计算得到了结构风振系数,在此基础上,给出了适用于结构整体抗风设计的风振系数值。最后,分别以结构自身几何参数和风环境参数为变量,变化上述两组参数,计算得到了Kiewitt型带肋局部双层网壳结构的风振响应时程,并计算了结构风振系数,根据计算结果分析总结了风振系数随着上述两组参数的变化规律,为该类结构抗风设计时风振系数合理取值提供支撑。
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