大跨屋盖结构风压场重构与风振响应研究

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随着社会经济的发展和文明的进步,人们对建筑物的审美和功能要求不断提升,大跨屋盖结构由于形式多样、内部空间容量大的特点,在工程建设领域得到了广泛的应用。由于其具有质量轻、刚度小、自振频率密集等特点,此类结构对风荷载十分敏感,设计部门需要专门进行结构抗风设计。本文以某机场航站楼大跨屋盖的刚性模型测压风洞试验为基础,从风压场的重构、未知位置风压的预测、风振响应的快速有效计算,以及阻尼比对风振响应的影响等方面展开了以下详尽的研究工作:  (1)简要地介绍了大跨屋盖结构的发展概况,并讲述了风灾带来的危害。针对风洞试验测压点布置较为稀疏和大跨屋盖结构共振作用复杂的问题,提出了本文主要的研究内容。  (2)通过空间投影极值原理推导了本征正交分解法,利用该方法重构随机风压场,并提出用本征值来表征本征模态包含能量的多少。在不改变求解特征问题矩阵的特征值的前提下,通过巧妙的合同变换和相似变换处理了不均匀测压点布置的情况。详细推导了Kriging方法的基本原理,并介绍了可选用的回归模型和相关函数模型。  (3)详细比较了完全二次型组合法、平方和再开方方法、虚拟激励法和谐波激励法等四种基于频域计算结构风振响应的方法,并介绍了各个计算方法的特点。  (4)对某机场航站楼进行了刚性模型测压风洞试验,详细介绍了试验过程,包括模型制作、测点布置、大气边界层模拟和数据处理等工作。  (5)利用风洞试验获得的数据,重构了大跨屋盖结构表面的风压场,评估了不同区域的重构效果;通过重构得到的风压场,采用五种不同的相关函数模型对未布置测点处的风压进行预测,对预测结果进行分析,并给出了不同区域适合的相关函数模型。  (6)建立指廊部分屋盖结构的有限元模型,对模态进行分析。利用风场重构得到的风荷载对结构进行风振响应分析,验证了CQC法、PEM法和HEM法在大跨屋盖结构上的适用性。研究了阻尼比对风振响应的影响和利用位移风振系数计算等效静力风荷载的可行性。
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