懸臂弧形挑篷風荷載和等效靜風荷載研究.pdf

1、懸臂弧形挑篷被廣泛的應(yīng)用于體育場主看臺及公共場館敞開式出入口大廳等建筑中。這類結(jié)構(gòu)的空間三維特征使得表面的風荷載分布極為復雜，而結(jié)構(gòu)的懸挑特性，又造成其對風荷載作用非常敏感。由于外形和結(jié)構(gòu)上的特點，使得懸臂挑篷的抗風研究成為目前結(jié)構(gòu)風工程研究的難點之一。本文主要從風洞試驗和風振理論兩個方面對懸臂弧形挑篷的風壓特征和風振響應(yīng)特性進行研究，得到適用于挑篷結(jié)構(gòu)設(shè)計的等效靜風荷載，主要工作的內(nèi)容如下：　　1.懸臂弧形挑篷風荷載的參數(shù)分析。設(shè)計

2、具有一般性的懸臂弧形挑篷模型代表常見的挑篷形式，利用同步測壓技術(shù)、頻域分析方法、數(shù)值模擬和小波分析方法研究了弧形挑篷在不同參數(shù)(風場、屋蓋傾角、風向角、屋蓋下部堵塞度、屋蓋前緣襯板和來流向看臺的遮掩效應(yīng)等)條件下風壓分布特征。通過懸臂弧形挑篷數(shù)值模擬的結(jié)果驗證了錐狀渦的存在，解釋了邊角區(qū)域風荷載分布的形成機理。在仔細分析脈動風壓的概率分布形式后，得到了適用于挑篷表面最不利風荷載統(tǒng)計的峰值因子取值；通過不同參數(shù)條件下挑篷表面各區(qū)域風壓的頻

3、譜曲線，系統(tǒng)地討論了懸臂弧形挑篷的風荷載的頻率分布特征；利用小波分析這一新進發(fā)展的信號分析手段，確定了適用于挑篷表面風壓分析的小波基，通過風壓樣本的小波變換和多分辨率分析，得到了不同尺度下風荷載近似部分和細節(jié)部分相關(guān)性特征等風荷載信息；　　2.研究挑篷邊角處的風荷載特征以及圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計風荷載的合理取值。根據(jù)各參數(shù)模型在全部試驗風向角下的風壓系數(shù)統(tǒng)計結(jié)果，獲得了挑篷邊角區(qū)域上表面的極值風壓分布規(guī)律和針對這部分區(qū)域的風壓峰值因子，并系統(tǒng)討

4、論了懸臂弧形挑篷上表面圍護結(jié)構(gòu)的陣風系數(shù)取值。在詳細分析挑篷邊角區(qū)域凈風荷載后，針對挑篷下表面裸露的情況，對該區(qū)域凈風荷載的極值風壓、峰值因子以及我國規(guī)范中定義的陣風系數(shù)也作了深入研究；　　3.懸臂弧形挑篷等效靜風荷載的研究。采用協(xié)方差綜合法得到懸臂弧形準靜力部分的梯形等效靜風荷載，將其與LRC法計算得到的等效靜風荷載以及風洞試驗中實測得到的挑篷風荷載作對比，證明沿挑篷徑向采用梯形分布的等效靜風荷載的有效性。通過大量計算分析得到基本挑

5、篷的等效靜風荷載，以及根據(jù)風向角、風場、挑篷傾角、對側(cè)挑篷形式、挑篷下部通風率及襯板形式等因素對基本挑篷等效靜風荷載的影響分析，得到一般懸臂弧形挑篷的準靜力部分等效靜風荷載的表達式。該表達式描述的等效靜風荷載沿挑篷展向近似呈弦波形式，沿挑篷徑向呈梯形形式，且考慮各參數(shù)的影響。根據(jù)常見的弧形挑篷基頻所在范圍，構(gòu)造了與風洞試驗?zāi)Ｐ蛶缀纬叽缫恢碌挠邢拊Ｐ?，通過直接施加風洞試驗得到的風壓時程，采用時程分析法計算在不同基頻下弧形挑篷的動力響應(yīng)，