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基于舒适度与安全性的大型柔性结构抗风研究

李超  
【摘要】: 超高层建筑和大跨体育场广泛采用轻质高强材料,具有自重轻、刚度小、阻尼低等特点,属典型的大型柔性结构,对风荷载作用非常敏感。许多大型柔性结构造型独特,空间布置复杂,表面风荷载的分布及结构的风致动力响应也比较复杂,因此这类结构的风荷载及风振响应进行专门的研究和探索非常必要。 本文针对超高层建筑,建立了一种估算其风致加速度均方根、评价其风致舒适度状况的实用分析方法。由刚性模型风洞试验表面风压系数时程数据得到结构的风力时程和模态风力谱,再利用曲线拟合求得模态风力谱与频率之间的关系,最后根据随机振动理论建立了考虑共振响应的结构加速度与自振频率之间的简化关系式。将该关系式与基于舒适度要求的加速度限值进行比较,可实现对结构风致舒适度状况的评估。 针对大跨屋盖结构,本文以一月牙形曲壳凸屋盖结构为例,对局部构造改变前和后的屋盖风压分布进行了CFD(计算流体动力学)数值模拟,对构造改变后的屋盖进行了表面风压的风洞模型试验。分析了局部构造对屋盖表面风荷载产生影响的原因,还将数值模拟结果与风洞试验结果进行了比较;与此同时,研究了两片屋盖相互之间的风致干扰效应,对施工期的选择及施工过程中应注意的问题提出了建议。本文基于ANSYS平台,对该月牙形屋盖结构的动力特性和风致动力响应进行了分析,得到了屋盖的各阶频率、模态及模态参与系数,通过时程分析得到了屋盖的位移风振系数;还计算了屋盖结构的分区整体风振系数,确定了屋盖考虑风振系数的正负风压的控制风向角。


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