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大跨屋面风荷载及其风振响应研究

吴太成  
【摘要】:近年来国内外新建的大型公用场所广泛使用大跨屋面结构。这种结构质量较轻、阻尼较小,处于湍流度高的低矮大气边界层中,其风致动力响应较为明显,国内外较严重的风灾事故频有发生,做好这种结构的抗风研究及设计日显迫切。规范中关于大跨屋面结构局部和整体动态风荷载的内容很少,理论研究处于探索阶段,目前解决该问题的主要途径是采用风洞模型试验和数值计算相结合的方法。本文对测试大跨屋面风荷载的动态风压风洞试验方法进行了系统研究,同时研究了结合试验结果计算(非大变形)大跨屋面整体结构风振响应和等效风荷载的模态法和时程法,取得了一些有工程应用价值的成果。 大气边界层的正确模拟是用风洞试验测量大跨屋面风荷载的前提,也是风洞试验研究的难点。本文吸取了中外文献的设计经验,采用经济、简易的以挡板、尖塔和粗糙元配合为基础的被动模拟技术在广东省建筑科学研究院CGB-1风洞中成功地模拟了建筑荷载规范中的D类边界层。采用在尖塔上附加弹性横板的方法来增大边界层的上部湍流度和湍流积分尺度以及增强低频湍流的能量,结果令人满意,可供其它大气边界层模拟参考。 测试系统的调试和数据处理系统的研制也是大跨屋面动态风压测试的基础工作。本文对各种传压管路系统的频响特性进行了测试并对结果进行了比较分析,建立了以新型电子扫描阀为基础的动态风压测试系统。通过标模试验验证了该测试系统具有较高的可靠性。同时对脉动风压的统计特性进行了研究,提出了计算风压峰值因子的目标概率法,可根据实际工程需要选取适当的抗风设计保证率。 接着在WINDOWS环境中用VB6.0程序结合AUTOCAD2002、MATLAB6.5软件开发了屋面动态风压风洞试验数据处理系统,采用了交互式可视化界面,既方便测试人员试验前准备、试验中数据纠错,又可生成面向实际工程且查用


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