弦支穹顶结构风振响应分析

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弦支穹顶是由上部的单层球面网壳和下部的张拉索杆体系组合而成的一种自平衡体系。它有效地改善了上部网壳结构的稳定性能,提高了结构整体刚度,大大降低了对周边支承结构的要求,同时又降低了施工难度。作为大跨空间结构,风荷载往往是结构设计的主要甚至控制荷载。但目前对弦支穹顶结构的风振特性、抗风设计方法等方面的研究还十分欠缺。因此,对弦支穹顶结构进行系统的风振响应研究,分析各基本参数在常用范围内变化对结构风振性能的影响,并提出可供工程设计参考的实用抗风设计方法显得十分必要。本文首先在大量文献总结工作的基础上,对弦支穹顶结构风振响应分析的一些基本理论问题,如结构的自振特性、脉动风荷载的模拟和随机模拟时程分析方法等,进行了较为系统的理论探讨。在此基础上,通过对弦支穹顶结构的典型算例进行风振响应分析,掌握了分析流程,对此类结构的风振特性有了初步的了解,为后面的系统的结构参数分析理清了分析思路,奠定了理论基础。其次,在对结构进行自振特性分析的基础上,采用随机模拟时程分析方法对弦支穹顶结构进行了系统的风振响应分析,考察矢跨比、撑杆高度、屋面荷载、拉索预应力以及布索方式等基本参数在常用范围内变化时,结构的风振响应变化规律。研究表明:不同参数对结构的风振性能影响差别较大,矢跨比、预应力以及布索方式的影响比较大,而撑杆高度、屋面荷载的影响很小。然后,针对现行规范抗风设计方法应用于弦支穹顶结构抗风设计时存在的诸多问题,结合弦支穹顶结构的风振特点,初步形成了一套较完整的弦支穹顶结构抗风设计思路。并提出了便于工程设计使用的整体风振系数。根据这一思路,对弦支穹顶结构的风振响应分析结果进行统计、回归,给出了设计建议值,以供弦支穹顶结构工程抗风设计参考。最后,对采用了弦支网壳体系的营口市奥体中心比赛馆屋盖进行了风振响应分析,并给出了屋盖的整体位移风振系数和内力风振系数,所得结果可供工程实践参考。
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