大跨屋盖结构荷载风振系数研究

以株洲体育中心大跨屋盖为背景,基于刚性模型测压试验的脉动风荷载时程,通过有限元方法在时域内对大跨屋盖结构进行分析,研究不同情况下结构的荷载风振系数和位移风振系数及其变化规律.研究表明:在同一风向角下,大跨屋盖结构的荷载风振系数对位置变化较敏感,偏于安全可以取荷载风振系数较大值,同时屋盖悬挑前缘节点荷载风振系数值较大.     

大跨屋盖结构位移风振系数研究

以株洲体育中心大跨屋盖结构为背景,基于刚性模型测压试验的脉动风荷载时程,通过有限元方法在时域内对大跨屋盖结构进行了分析,研究了不同情况下结构的位移风振系数及其变化规律,并与荷载风振系数进行了比较.结果表明:与荷载风振系数不同,大跨屋盖结构位移风振系数对位置以及阻尼比的变化不敏感,且结构整体的几何非线性对结构的荷载风振系数和位移风振系数影响相对均较小.在计算风振系数时,可以荷载风振系数为主,位移风振系数作为前者的补充.     

大跨屋盖结构刚性模型风洞试验研究

以株洲体育中心大跨屋盖为背景,通过刚性模型的风洞试验研究,获得了大跨屋盖结构在各种不同情况下的平均风压系数分布规律,为体育场屋盖在不同情况下的风振响应理论分析提供了依据.     

考虑下部结构支承刚度的大跨度屋盖风致响应分析

在对广州国际体育演艺中心实施刚性测压模型风洞实验的基础上,对分别采用整体模型与简化整体模型对其上部大跨度空间屋盖钢结构的风致动力响应进行对比分析与研究。同时,在分析结构风致振动响应计算方法时,分别采用传统的多阶自由振动模态和基于荷载的Ritz向量模态进行对比分析,其中基于荷载的Ritz向量求解所需的初始荷载模式通过本征正交分解(POD)技术获得。研究结果表明:简化整体模型风致响应的计算结果比整体模型的风致动力响应稍大,其主要原因是在采用相同数目的参振模态时,简化整体模型所包含的对屋盖风致响应有直接贡献的模态比整体模型的模态多;所提出的基于屋盖表面风荷载的Ritz向量法求解仅使用少数参振模态,即可获得传统模态叠加法同样精度的风致振动响应,说明该方法是有效的。     

大跨屋盖结构风致动力响应高阶主导模态的识别

高阶模态的贡献在大跨屋盖结构风振响应分析中不能忽略.从模态空间分布和风荷载空间分布相关性强弱与模态对结构响应贡献程度的相互关系出发,提出了通过低阶主要贡献模态间接寻找风荷载强相关高阶模态的思想.在此基础上,通过对高阶模态响应方差矩阵的简化处理得到其等效矩阵.根据等效矩阵中对角线元素构造了高阶模态的模态参与系数,实现对高阶主导模态的识别,有效考虑了高阶模态的贡献.最后,通过对2008年北京奥运会网球中心屋盖结构的风振响应分析对所提出方法的有效性进行了验证.     

大跨屋盖结构风荷载的数值模拟研究

以株洲体育中心大跨屋盖结构为背景,采用CFD数值模拟方法,模拟了大跨屋盖表面风荷载,并与大跨屋盖结构风振时程响应进行了分析比较.结果表明:采用CFD方法模拟的大跨屋盖结构表面平均风荷载与风洞试验结果比较接近,说明该法是比较精确的,所提供的体育馆及游泳馆屋面的体形系数可以提供为结构设计参考.     

大跨屋盖结构风荷载特性的试验研究

在大气边界层风洞中通过模拟大气边界层风场对广州国际会展中心模型进行风压分布风洞试验.得到了平均风压系数、极小风压系数的等值线图,同时分析了位于高湍流区域的大跨屋盖的平均风压和脉动风压分布特性、相干特性以及相关系数.研究结果表明:负风压主要发生在迎风角区,但在下风向会出现正压力;脉动风压相干性随着频率与距离的增大而减小.     

基于复形法的大跨屋盖结构抗风优化

文章以广州国际会展中心E区张弦梁屋盖为研究对象,根据测压风洞试验确定最不利风荷载时程作为主要环境荷载,建立动力优化数学模型,以钢管厚度为设计变量,以构件内力和变形作为约束条件,以结构总体积为目标函数,采用复形法进行抗风优化,得到E区屋盖的抗风设计最优方案.研究表明:抗风优化大大减小了结构总体积,节约了用钢量,并使杆件受力得到较好协调,有效利用了材料性能.结构最大竖向挠度明显降低,因此提高了结构安全性.     

大跨机库屋盖结构原型的静力实验

以某机库(100+150)米多级钢桁架屋盖原型为研究对象,采用有限元MIDAS软件建立了整体有限元模型,以悬挂设备和温差为荷载工况,对该大跨钢桁架空间结构进行了现场原位试验.根据试验数据与有限元分析结果的比较,分析了该结构的受力机理.结果表明,多级钢桁架的结构形式能很好满足结构跨度、负荷、屋面荷载悬挂设备运行等方面的要求,结构有较高的安全裕度,研究结果可为进一步评价该类结构可靠性、合理性以及工程设计提供依据.     

上海铁路南站屋盖结构风致抖振响应参数分析

为了研究结构参数对复杂大跨空间结构风致振动的影响，以上海南站工程屋盖结构为例，利用基于非定常风荷载的风致动力响应频域分析方法，对结构的抖振响应进行参数分析．参数分析的内容包括参振模态的数目、力谱交叉项、模态交叉项、结构阻尼比，并得到了一些有价值的结论．研究表明，选择足够数量的参振模态对保证计算精度非常重要，力谱交叉项、模态交叉项的不同处理方法对计算结果有较大影响，并且结构共振响应对结构阻尼很敏感．     

基于非定常风荷载的大跨体育场挑篷结构风致响应

基于刚性模型风洞试验,对一个实际体育场弧形挑篷结构进行风致响应研究,采用平稳激励下随机振动的模态叠加法(CQC法)进行计算.分析了结构的风致响应,比较了挑篷前缘迎风和处于自身尾流区域时风致响应的不同特点.计算结果表明,挑篷前缘处于迎风侧时出现最大响应峰值,而当前缘处于自身尾流区域时结构的响应相对较小;挑篷前缘迎风时背景响应贡献相对尾流区域时的情况大,并且此时阵风响应因子相对较小.     

平面张弦梁结构风致响应的频域分析

采用频域分析法对一工程实例平面张弦梁结构进行了风致响应分析,并重点讨论了直接影响计算结果的一些主要参数,包括参与组合的振型数量、振型耦合项的取舍、相关函数的选择和结构阻尼比．研究表明．组合振型数在10阶以内取值时,计算结果的差异很大,大于10阶取值时,差异很小,并且当大于20阶时,这种差异微平其微,故组合振型数应取10阶到20阶之间为宜;振型耦合项的取舍对结构两端部的影响较小,对跨中部位的影响较大,最大差异达到14．3％;采用与频率有关的相干函数比无关的相干函数计算得到的结果偏大,最大差异可达224％;采用不同的阻尼比所造成的计算结果的差异很小,仅在4％以内;此外,频域法与时域法相比,计算结果偏大．     

大跨度索穹顶结构风振响应的频域分析

建立了考虑和不考虑上覆膜影响的两个有限元分析模型,针对一工程实例,进行了结构的模态分析以及风振响应的频域分析,得到了结构的脉动风振位移响应根方差.结果表明:参振模态的适宜取值随跨度的增大而增大;对于跨度100m以上的类似索穹顶结构,建议所选的参振模态数不小于450;CSM体系索、立杆节点的动位移根方差小于CS体系;CSM体系中膜面的耗能作用不可忽略;在风荷载作用下,CSM体系的脉动风能大部分由膜面耗散;对于跨度较大的索穹顶结构,顶部索膜结构对整体结构的风振响应有明显的影响.     

双坡屋面低矮房屋风致内压的数值模拟

针对围护结构出现洞口后风致内压与外压联合作用这一造成建筑物严重破坏的主要原因,应用计算流体力学软件ANSYS Fluent 12.0,选用基于Reynolds时均的标准k-ε湍流模型,对低矮房屋单一主洞口及多洞口模型进行不同工况的数值模拟分析.结果表明:单一洞口工况下开孔率对风致内压影响很小,而开洞位置对各表面风致内压分布的影响显著;多洞口工况0°风向角时,平均内风压系数随着洞口面积比的增大而增大,但增大趋势逐渐变缓;纵墙和屋面同时开洞且开洞面积比一定时,结构平均内风压系数随风向角变化显著,且内压分布的不均匀性显著增强.     

复杂体型大跨屋盖表面风压分布的试验研究

通过对吉林火车站的刚性模型风洞试验研究,得到了屋盖表面的平均风压系数、脉动风压系数等值线分布图,对其风压分布特性做了详细的分析.研究结果表明:大跨屋盖结构表面主要呈现负风压(风吸力),主站楼在迎风区屋檐、悬挑区域及屋面凸起的天窗位置气流分离较大,出现较大的负风压系数;由于站台雨篷四周开敞,气流流经站台雨篷时较为顺畅,气...     

拱型波纹钢屋盖结构风振响应的频域分析

拱型波纹钢屋盖结构自重轻,在风荷载作用下结构的动力响应较为显著,在设计中应给予足够重视.利用ANSYS有限元软件中的壳单元Shell63模拟拱型波纹钢屋盖结构,研究了结构的自振频率和振型,并对结构在脉动风荷载作用下的性能进行了随机振动分析.研究成果不仅验证了脉动风荷载对这种结构是一种非常不利的荷载形式,而且给出了这种结构风振系数的建议取值.