青岛新火车站主站房风洞实验研究

论文摘要

近年来,我国的大跨屋盖结构广泛地应用于公共建筑中,这类结构对风荷载十分敏感,已成为控制屋盖结构设计的主要荷载之一。同时由于此类大跨结构形态独特无法通过现有结构设计规范及已有资料获得满足结构设计的风荷载的有关参数,目前解决办法主要是通过对拟建建筑物的模型进行风洞实验,以确定其表面风荷载的有关参数,从而保证设计的安全。本文利用相似性原理对拟建的青岛新火车站主站房屋盖进行刚性模型的风洞实验,通过模拟大气边界层及建设场址周围地形地貌的条件下,在风洞中进行全方位风向角下的风洞实验,经处理所采集到的风压数据,得出主站房屋盖在各种风向情况下的风压分布规律,绘制出了青岛新火车站主站房屋盖在各个风向角下的屋盖平均风压系数分布等值线图和体型系数分布图,利用风洞实验所获得的屋盖的平均风压系数和脉动风压时程,进而通过ANSYS有限元软件进行了主站房屋盖结构的风振响应分析,得出了结构脉动响应三个方向的位移风振系数值,并分析研究主站房屋盖表面风压分布特性和风振响应特性。本文的主要结论：主站房屋盖的平均风压以负值为主,脉动风压与平均风压分布规律相似,屋盖外悬挑部分的体型系数随风向角变化大,其体型系数极值比规范规定值要大,对悬挑部分屋盖需要同时考虑正负压的最不利的受荷状况；主站房动力响应需考虑高阶振型的影响,屋盖三个方向的位移风振系数在同一风向角作用下相差不大,且随风向角的变化不大,整个屋盖各区的位移风振系数可统一取1.62来考虑风振响应。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景和目的
• 1.2 研究方法
• 1.2.1 风工程的研究方法
• 1.2.2 风洞实验研究现状及方法
• 1.3 本文的研究内容与研究方法
• 1.4 本章小结
• 第2章 风荷载基本特征
• 2.1 大气边界层特性
• 2.2 平均风速剖面
• 2.3 自然风特征
• 2.3.1 基本风速和基本风压
• 2.3.2 平均风荷载计算
• 2.3.3 风荷载体型系数
• 2.4 脉动风
• 2.4.1 脉动风风谱函数
• 2.4.2 脉动风的相干函数
• 2.5 大跨屋盖结构风致响应计算
• 2.5.1 风荷载水平作用力
• 2.5.2 风荷载竖向作用力
• 2.5.3 水平和竖向风力的总响应
• 2.6 本章小结
• 第3章 青岛新火车站主站房风洞实验
• 3.1 建筑设计构思及工程概况
• 3.2 实验设备及模型制作介绍
• 3.2.1 实验设备介绍
• 3.2.2 模型设计及制作
• 3.3 大气边界层的模拟
• 3.4 实验模型测点布置
• 3.5 风洞实验
• 3.5.1 实验设备工作原理
• 3.5.2 实验工况
• 3.6 实验工况的参数条件的校核
• 3.8 实验结果与分析
• 3.8.1 风压系数及体型系数数据处理方法
• 3.8.2 屋盖体型系数分析以及建议
• 3.9 本章小结
• 第4章 主站房屋盖表面的风压特性研究
• 4.1 平均风压系数和脉动风压系数的计算
• 4.2 表面风压分布特性
• 4.2.1 风压系数空间分布规律
• 4.2.2 主站房屋盖在全方位风向角下平均风压系数等值线图分析
• 4.2.3 风向角对脉动风压系数的影响
• 4.3 本章小结
• 第5章 主站房屋盖风振响应研究
• 5.1 风振响应分析方法
• 5.2 时程分析法的计算原理
• 5.3 主站房屋盖结构有限元建模
• 5.4 结构自振特性
• 5.4.1 模态分析方法
• 5.4.2 特征向量法和Ritz向量法的对比
• 5.5 风荷载时程的计算
• 5.6 风振系数的计算和风向角对时程响应的影响分析
• 5.7 本章小结
• 第6章 结论和展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间科研成果