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大跨度悬挑屋盖结构的风荷载特性研究

张清文  
【摘要】: 大型体育场主看台悬挑屋盖因其具有跨度大、结构柔、材料轻巧等特点,成为一种典型的风敏感结构。由于悬挑屋盖上风荷载的复杂性,多数情况下,现行的荷载规范无法满足悬挑屋盖的设计要求,需通过模型风洞测压试验来获得悬挑屋盖表面的风荷载特性。本文的研究目的在于深入研究悬挑屋盖结构的风荷载特性,为该类结构进一步的抗风研究和工程设计提供参考。 本文首先系统回顾了国内外在体育场主看台悬挑屋盖抗风研究领域的进展。结合风洞试验和CFD数值模拟两种方法对悬挑屋盖风荷载特性进行系统分析,包括平均风荷载和脉动风荷载,最终提出可供工程设计人员参考的实用抗风设计建议。本文主要进行了以下几方面的工作: 1、在熟悉计算流体动力学CFD技术的基础上,对悬挑屋盖表面风荷载进行了数值模拟。通过与风洞试验结果的对比分析,证明该数值方法可行,计算结果可信,可用于结构平均风荷载的参数分析研究。 2、基于刚性模型测压风洞试验结果,探讨了屋盖表面的风压分布特性。利用CFD数值模拟方法选择参数,对悬挑屋盖平均风荷载进行了细致的分析,探讨了屋盖倾角、看台倾角、看台后部通风率以及跨高比对悬挑屋盖上风荷载的影响。在统计大量数据的基础上,根据流场特性将屋盖风压近似简化为二维形式,对屋盖跨向风荷载进行分段描述,提出了体型系数的取值建议。 3、结合风洞试验结果研究了屋盖上的脉动风荷载特性。探讨了脉动风压的非高斯特性、频谱特性、上下表面相关性以及跨向空间相干特性。在对悬挑屋盖的脉动风压谱进行分类的基础上,给出了各类谱的拟合结果,为风振响应分析提供了依据,同时在统计屋盖各点峰值因子的基础上,提出了阵风系数的取值建议。


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