张弦梁拱形屋盖风压分布特性及风振响应研究

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拱形张弦梁轻质屋盖结构作为一种常用钢结构屋盖,具有质量轻、柔度大、阻尼小、自振频率低,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,但在风荷载作用下易产生较大的位移和变形,所以风荷载成为该结构设计中的主要控制荷载。明确拱形张弦梁屋盖的风压分布特性,改善张弦梁结构的抗风性能,将相关风振理论系统化,对实际工程有着重要的指导意义。  本文基于对国内外大跨结构抗风研究现状的分析,对拱形屋盖的风压分布进行了较为系统的研究;同时对抗风索式张弦梁结构进行风振响应进行研究,探究其对张弦梁结构抗风性能的改善。  首先,利用FLUENT数值模拟软件对开敞式单跨及双跨拱形屋盖的风压分布进行研究,对比分析了不同风向角、矢跨比、纵跨比对风压分布的影响,以及非对称双跨拱形屋盖的风压分布特性,为开敞式拱形张弦梁屋盖的抗风设计中的风压分布系数取值提供理论依据。  其次,采用AR法模拟风速时程,设计建立张弦梁结构和抗风索式张弦梁结构有限元计算模型分析,分析比较两者的自振频率、振型特点以及振动响应的规律;通过时程法进行张弦梁结构的风振响应分析,分别研究结构在水平脉动风荷载和竖向脉动风荷载作用下的风振响应。  最后,对抗风索式张弦梁结构进行风振响应研究,将抗风索撑杆高度及抗风索分布方式参数化,计算结构的节点位移和构件内力的变化,结合静风下结构的风振响应,得出结构的位移风振系数、内力风振系数的变化规律,进而确定合理的抗风索撑杆高度和抗风索分布方式,为工程设计提供参考。
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