【摘 要】
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特立尼达和多巴哥国家艺术中心位于特立尼达和多巴哥国家首都西班牙港,其建筑造型非常复杂,结构采用曲面单层壳体结构,对风荷载作用较为敏感。本文利用风洞试验测量的脉动风压时程对应的动力风荷载作为输入,采用有限元软件对屋盖整体进行风振响应时程计算分析,得到了基于位移响应的位移风振系数和基于内力响应的内力风振系数。最后根据结构响应情况给出了风振系数的建议值,为特多国家艺术中心在风荷载作用下的计算分析提供了依
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特立尼达和多巴哥国家艺术中心位于特立尼达和多巴哥国家首都西班牙港,其建筑造型非常复杂,结构采用曲面单层壳体结构,对风荷载作用较为敏感。本文利用风洞试验测量的脉动风压时程对应的动力风荷载作为输入,采用有限元软件对屋盖整体进行风振响应时程计算分析,得到了基于位移响应的位移风振系数和基于内力响应的内力风振系数。最后根据结构响应情况给出了风振系数的建议值,为特多国家艺术中心在风荷载作用下的计算分析提供了依据。
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本文利用矩形截面高层建筑的同步测压风洞试验,研究了扭转方向脉动风力的基本特征。研究内容包括根方差力系数,功率谱密度、竖向相关性以及横─扭风力相干函数,另外还考察了厚宽比和风场这两个参数对扭转方向脉动风力的影响。研究结果表明,厚宽比的影响效果比较显著;扭转方向脉动风力的一些特征与横风向风力相似,两者具有较强的相关性。
多自由度体系中背景响应与共振响应间的相关性是结构风工程研究的基础性问题。本文以模态加速度法为基础,对脉动风响应中背景响应和共振响应进行了严密数学定义;在此基础上,根据随机振动理论,推导了频域内的背景响应和共振响应间的相关性分析方法;指出脉动风响应谱包括背景响应谱、共振响应谱和两者间的耦合谱三部分,并给出了背景响应和共振响应的精确组合方法。将该方法用于一单层球面网壳,结果表明:对于该结构,若忽略背景
基于功率谱密度矩阵的随机过程特征正交分解(POD, ProperOrthogonal Decomposition)是随机振动中一种新型而有效的模态变换工具。提出了POD的改进形式──基于相干函数矩阵的随机过程特征正交分解(CPOD,+Coherency matrix-based POD,其分离特征使得它具有比POD更加明确的物理意义。推导了CPOD型谱表示法的随机荷载模拟公式。作为算例,利用该公式
本文结合谐波叠加法(WAWS方法)计算精度高和自回归方法(AR方法)计算速度快的优点,提出新型混合模拟方法。在频域上开窗,将计算定义域划分为局部定义域;推导了应用于AR方法的Levison-Durbin矩阵递推公式,采用ACl准则判断最佳回归阶次。利用本文方法模拟了适用于大跨空间结构的风速时程。计算显示,在保证计算精度下,明显降低了计算耗时。
提出块Lanczos向量直接叠加法分析大跨屋盖结构的风致响应。将适用于单个荷载向量的Lanczos方法推广到由多个荷载向量线性组合的一般动力荷载情况。不仅Lanczos块中的向量之间相互正交,而且块之间也相互正交,导致系统运动方程变换为块三对角矩阵的带状形式。多个荷载向量可由脉动风荷载的本征正交分解得到。文中给出该方法在大跨圆拱顶屋盖风振分析中的应用。
脊谷式张拉膜结构属轻质柔性结构,其风振响应分析是结构设计计算的难点。在风洞中进行气动弹性模型实验,选用轻质薄型加速度传感器,记录膜结构振动信号,同时对共11条钢丝拉索的张拉力进行同步测试。根据试验结果,研究探讨膜结构屋面振动(含风激振动及自振)受拉索张拉程度的影响,以及膜结构屋面在不同风向和风速下的风激响应,为工程设计提供技术依据。
雷暴冲击风是一种近地面短时产生的瞬态强风,它与传统的边界层风场特征具有明显的差别,冲击风将会引起屋盖的强烈振动,甚至发生破坏。本文根据混合随机模型,详细研究了冲击风风场的数值模拟方法。应用Wood竖直风剖面方程与Holmes经验模型模拟平均风场,使用稳态高斯随机过程模拟脉动风场,模拟的风场与实际的雷暴冲击风较为一致。结合多阶模态加速度法和等效风荷载原理,详细推导了大跨屋盖随机风致响应的计算方法。结
在有限元法分析复杂结构风致位移响应计算理论的基础上,本文提出了大跨屋盖结构响应分析的完全背景与共振分量法,采用协方差积分法结合柔度矩阵精确求解风振位移响应的背景分量,并考虑共振分量中的模态交叉项影响。通过对两个复杂体育场环状悬挑屋盖风振位移响应计算的比较可知,本文的方法除大大提高计算效率外,也与完全二次方结合法具有相同的精度。
迄今为止,大跨度屋盖结构的风振系数均为上吸风引起的风振效应,对于某些情况是不安全的。针对国家体育场大跨度屋盖结构自重效应较大的特点,本文提出了大跨度屋盖下压风振系数的定义与合理的取值范围,提出了背景响应和共振响应的振型能量参与系数的计算方法和振型选取方法,利用振型叠加法分析了国家体育场屋盖结构的随机风振响应及风振系数,为国家体育场屋盖结构风振系数的确定提供了科学依据。
随着科学技术的发展和施工工艺的进步,各种外形美观、结构新颖的大跨度柔性屋盖结构大量出现。本文以呼和浩特火车站大跨度屋盖结构为例,讨论了不同风向角下屋盖表面风压分布,并得出了风荷载分布规律。同时初步分析了风压自功率谱的特性。