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国家体育场屋盖结构风荷载特性

付以贤  
【摘要】: 大跨度结构作为一类新颖结构体系,其结构设计具有许多区别于传统结构的特点,特别是对风荷载的考虑,往往成为该类结构设计中的难点问题。由于大跨屋盖结构自身形状的多样性、风荷载作用的随机性以及脉动风压的时空相关性使得屋盖表面的风压统计规律不仅与来流的脉动特性有关,还会更多地受到山结构自身几何形状引起地特征湍流的影响,至今尚未提出一套成熟的大跨结构风荷载描述方法。 基于以上思想,本文以国家体育场屋盖结构为工程背景,根据风洞试验数据,从时域和频域对其屋盖表面风荷载的特性进行研究,并提出极值风压分析的方法。主要内容包括以下几个方面: (1)介绍了国家体育场刚性模型风洞试验的情况,基于试验数据分析了位于高湍流区屋盖的平均风压和脉动风压特性,并从特征湍流的形成机理方面解释了屋盖风压的分布情况。 (2)主要对脉动风压的时域特性进行研究。提出了利用x~2拟合检验法来研究屋盖脉动风压非高斯特性的理论,并结合风洞试验数据,分析大跨屋盖表面的高斯风压区域和非高斯风压区域;研究了同步测量条件下敞开体型屋盖上下表面和同一表面上风压的相关性,并结合工程实例分析了相关性对脉动风压取值的影响。 (3)探讨了利用极值统计理论确定极值风压的方法,提出了高斯风压区和非高斯风压区峰值因子的两种不同确定方法,并分析了高斯区和非高斯区的峰值因子以及风压极值的分布情况。 (4)在频域内研究了特征湍流对屋盖风荷载脉动特性的影响。首先研究了屋盖不同位置处的风压谱特性以及高斯区与非高斯区风压谱的不同;然后阐述了小波变换和小波包分析的基本理论,并利用小波包能量谱对大跨屋盖表面风压的能量分布进行分析。最后分别对屋盖表面顺风向、垂直来流方向以及屋盖边缘区域的风压相干函数特性进行研究。


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