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《浙江大学》 2001年
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薄膜结构的风振响应分析和风洞试验研究

王吉民  
【摘要】: 薄膜结构是二十世纪后半期逐渐发展起来的大跨空间结构体系。从薄膜结构诞生的那 天起,人们对这类新型建筑结构的研究一直没有间断过,但从大量的研究成果来看主要集 中在薄膜结构的找形、剪裁、施工以及静荷载的分析,很少涉及到风振动力特性研究。然 而从薄膜结构这类大跨空间柔性结构的受力分析来看,边界层内高湍流度风场中的风流经 薄膜屋面时,会在薄膜结构的大部分区域产生强大的吸力,并在流体的粘性扩散中、尾迹 中形成旋涡的脱落和对流过程,由这些包括涡激振动力在内的风荷载是薄膜结构的主要控 制荷载。因此,深入研究薄膜结构的风荷载特性以及进行风振、涡激振动方面的研究,不 仅具有较深的学术研究价值,而且具有重要的工程应用价值。 本文从风洞模型试验出发,对薄膜结构上的风压特性进行了较深入的研究,并从理论 方面对作用在屋盖上的附加空气质量进行了详细的分析,对薄膜结构的风致振动、涡激振 动的机理以及风振响应进行了较为系统的研究,取得了一些有意义的结论。 在风洞试验方面,设计制作了双坡屋面结构在四周封闭、四周敞开和突然开孔各种不 同情况下的刚性模型和气动弹性模型,解决了刚性模型同时测定上下表面风压而又不影响 周围风场的模型制作问题;建立并完善了考虑弗劳德数等一系列相似准则的气动弹性模型 的设计制作方法,验证了风洞模型和实物原型在各有关参数之间应满足的相似准则,从而 使风洞试验结果能直接应用于工程实践。 在风振响应分析方面采用理论与试验相结合的方法,即利用刚性模型风洞试验获得的 在各种不同情况下屋面各节点的动态风压时程作为风荷载数据,对薄膜结构的凤振响应进 行有限元时程分析,并与气弹模型的风振响应试验结果进行对比,两者的差别较小,能够 满足工程应用的要求。这表明此方法的荷载数据直接来源于试验,具有较高的可靠性,能 够避免准定常假设在大跨薄膜结构的风振响应分析中产生的误差。 以随机过程模拟技术中的线性滤波器法为理论基础,利用自回归模型(AR法)模拟了 作用在薄膜结构上的风速时程,进而转换为作用于结构上的脉动风荷载时程。针对薄膜结 构的振动和受力特点,详细推导了非定常流中作用在薄膜结构上的附加空气质量的计算公 式,并得到了理论解。在总荷载中计入了由附加空气质量转换而来的惯性荷载并进行时程 计算,对薄膜结构的涡激振动响应进行了研究,得到一些重要的结论。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2001
【分类号】:TU38

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【引证文献】
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1 李庆祥;薄膜结构的动力分析和风致气动力失稳研究[D];浙江大学;2006年
2 卢旦;风致内压特性及其对建筑物作用的研究[D];浙江大学;2006年
3 苏建华;空间索膜结构的力密度法静力分析研究[D];华南理工大学;2005年
4 徐其功;张拉膜结构的工程研究[D];华南理工大学;2003年
5 江勇;大跨柔性点支式幕墙及采光顶等效风荷载和风致响应研究[D];同济大学;2006年
6 潘峰;大跨度屋盖结构随机风致振动响应精细化研究[D];浙江大学;2008年
7 李玉学;大跨屋盖结构风振响应和等效静力风荷载关键性问题研究[D];北京交通大学;2010年
8 熊小慧;复杂工况下铁路货车篷布受力综合试验与分析[D];中南大学;2010年
【共引文献】
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1 张琛;光纤陀螺光路偏振特性及温度性能研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 王龙金;零/低航速减摇鳍升力模型及系统控制策略研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
3 韩凤亭;珠江三角洲地区港口工程风险分析及经济评估[D];中国海洋大学;2009年
4 汪忠明;基于非局部增强梯度模型的混凝土断裂损伤研究[D];合肥工业大学;2010年
5 白会娟;导电材料结构电磁热弹性多场行为的理论研究[D];兰州大学;2010年
6 戴益民;低矮房屋风载特性的实测及风洞试验研究[D];湖南大学;2010年
7 潘健怡;铝合金型材挤压的数值模拟及模具结构优化研究[D];华南理工大学;2010年
8 徐瑞;大型复杂结构非平稳随机振动分析方法研究[D];华南理工大学;2010年
9 刘海锋;网格结构精细化有限元分析方法研究[D];浙江大学;2010年
10 刘佩;随机地震作用下结构动力可靠度计算方法研究[D];北京交通大学;2011年
【同被引文献】
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 陆锋;大跨度平屋面结构的风振响应和风振系数研究[D];浙江大学;2001年
2 张淑杰;空间可展桁架结构的设计与热分析[D];浙江大学;2001年
3 胡其彪;空间可伸展结构的设计与动力学分析研究[D];浙江大学;2001年
4 毛国栋;索膜结构设计方法研究[D];浙江大学;2004年
5 沈国辉;大跨度屋盖结构的抗风研究[D];浙江大学;2004年
6 陈贤川;大跨度屋盖结构风致响应和等效风荷载的理论研究及应用[D];浙江大学;2005年
7 余世策;开孔结构风致内压及其与柔性屋盖的耦合作用[D];浙江大学;2006年
8 卢旦;风致内压特性及其对建筑物作用的研究[D];浙江大学;2006年
9 陈波;大跨屋盖结构等效静风荷载精细化理论研究[D];哈尔滨工业大学;2006年
10 苏建华;空间索膜结构的力密度法静力分析研究[D];华南理工大学;2005年
【二级引证文献】
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1 于艳丽;桥建合一大型站房结构关键技术研究[D];武汉理工大学;2010年
2 聂少锋;低层冷弯薄壁型钢结构住宅风洞试验研究及数值分析[D];长安大学;2009年
3 田伟;刚性单层网壳结构找形与稳定研究[D];浙江大学;2011年
4 魏奇科;考虑风速风向联合分布的超高层建筑风致振动研究1[D];重庆大学;2011年
5 俞永华;设施园艺塑料温室围护结构与通风降温系统的研究[D];浙江大学;2007年
6 王莺歌;塔式太阳能定日镜结构风荷载特性及风致响应研究[D];湖南大学;2011年
7 方江生;复杂大跨度屋盖结构的风荷载特性及抗风设计研究[D];同济大学;2007年
8 潘峰;大跨度屋盖结构随机风致振动响应精细化研究[D];浙江大学;2008年
9 李焕龙;风压激励下雨幕墙压力平衡研究[D];浙江大学;2010年
10 向新岸;张拉索膜结构的理论研究及其在上海世博轴中的应用[D];浙江大学;2010年
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1 王吉民;薄膜结构的风振响应分析和风洞试验研究[D];浙江大学;2001年
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