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随着钢材生产技术的进步、加工工艺的提高,生产并应用高性能钢成为可能。合理利用高性能钢符合我国可持续发展及保护环境基本国策。张弦桁架结构因具有受力性能良好、施工便捷及造型美观等优点,近年来在我国应用较多,随着高性能钢的引入及体系的改进,该结构必将迎来更广阔的应用前景。 张弦桁架结构因其自重轻、柔度大、阻尼小,以及通过下弦索绷紧来保证结构整体刚度形成自平衡体系的特点,所以对风荷载十分敏感,并随跨度的增加、材料强度的提高和轻质屋面材料的使用,结构对风荷载的敏感性会更加强烈,风荷载成为该结构设计的主要控制荷载之一。 在研究分析国内外高性能钢及大跨结构抗风研究现状的基础上,本文首次将高性能钢材引入到张弦桁架结构中,并进行了抗风研究。 首先基于广州国际会展中心张弦桁架结构,采用等稳定性准则将Q345钢上弦桁架构件替换为高性能钢Q460钢构件,利用通用有限元软件ANSYS建立了单榀张弦桁架结构计算模型,进行了静力受力性能分析。计算分析比较了普通钢和高性能钢张弦桁架在不同荷载工况下的静力性能及下弦索预应力变化对结构受力性能的影响,总结了结构采用高性能钢材后的受力变化规律。 其次依据线性滤波法的基本原理,利用Matlab软件编制了模拟空间多个点风速时程的程序语言,空间各点考虑时间和空间的相关性。通过对生成的随机风功率谱密度与目标谱进行对比方式,证明了风速模拟的可靠性。根据随机振动理论,通过非线性动力响应分析方法,计算随机脉动风和平均风作用下张弦拱桁架结构动力响应特征及位移响应均值,并利用回归分析的方法,求得张弦拱桁架结构位移风振系数及内力风振系数,为该类结构的抗风设计提供有益的参考。 最后对抗风索式高性能钢张弦拱桁架结构进行了风振分析,证实抗风索布设方式对高性能钢张弦桁架结构的有效性及实用性。