体育场悬挑屋盖的脉动风压频谱特性研究

论文摘要

体育场悬挑屋盖结构是大跨空间结构中应用较为广泛的一种结构形式,属风敏感结构。其跨度大、结构柔、材料轻等特点,使风荷载成为结构设计的主要荷载之一。由于悬挑屋盖上风荷载的复杂性,多数情况下,现行的荷载规范无法满足悬挑屋盖的设计要求,需通过模型风洞测压试验来获得悬挑屋盖表面的风荷载特性。本文的研究目的在于深入探讨悬挑屋盖结构的脉动风压频谱特性,并建立风压谱模型,这对于结构的风振响应分析,极值风压估计和抗疲劳设计都是必不可少的,同时也为该类结构进一步的抗风研究和工程设计提供参考。本文首先系统回顾了国内外在体育场悬挑屋盖抗风研究领域的进展。基于悬挑屋盖刚性模型测压风洞实验的结果,对脉动风压谱的估计方法及脉动风压的自功率谱和互功率谱特性做了系统而深入的研究,并在此基础上提出了悬挑屋盖的自谱和互谱模型。本文主要进行了以下几方面的工作:1、对风压自谱和互谱的估计方法进行总结、比较,选择合适的方法和参数进行功率谱估计。2、基于刚性模型测压风洞实验结果,选择最不利的0度风向角(垂直屋盖前缘风向),对看台后部封闭和开敞两种情况,深入探讨了悬挑屋盖上表面、下表面以及净风压的自功率谱特性。最后,在谱特性分析的基础上,给出了悬挑屋盖上净风压的自谱模型,为进一步的结构风振响应分析,极值风压估计和抗疲劳设计提供参考。3、同样针对最不利的0度风向角,对看台后部封闭和开敞两种情况,分别考察屋盖上、下表面上沿跨向各测点之间的相干函数随折减频率的变化,从而考察频域上风压沿跨向的空间相关性,进而得到悬挑屋盖上净风压的互谱模型。4、最后,对比风压谱模型与常规拟定常荷载模型,其特征湍流作用明显。为进一步验证该模型,分别基于本文模型,拟定常假设及风洞实验数据,对单榀悬挑桁架进行风振响应分析,并对结果进行比较,计算结果表明本文模型与风洞实验吻合较好,由于特征湍流作用,拟定常的结果要比风洞实验小。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 自功率谱
• 1.2.2 互功率谱
• 1.3 课题来源及主要研究内容
• 第2章 脉动风压谱的估计方法
• 2.1 经典谱与现代谱估计方法
• 2.1.1 经典谱估计
• 2.1.2 现代谱估计
• 2.2 自谱估计
• 2.3 互谱估计
• 2.4 本章小结
• 第3章 脉动风压自功率谱研究
• 3.1 大跨度悬挑屋盖风洞实验
• 3.1.1 风洞设备
• 3.1.2 测量系统
• 3.1.3 试验方法
• 3.1.4 试验数据处理
• 3.2 看台后部封闭时的风压自谱特性
• 3.2.1 上表面自谱特性
• 3.2.2 下表面自谱特性
• 3.2.3 净风压自谱特性
• 3.3 看台后部开敞时的风压自谱特性
• 3.3.1 上表面自谱特性
• 3.3.2 下表面自谱特性
• 3.3.3 净风压自谱特性
• 3.4 脉动风压自谱建模
• 3.5 本章小结
• 第4章 脉动风压互功率谱研究
• 4.1 引言
• 4.2 看台后部封闭时的风压互谱特性
• 4.2.1 上表面互谱特性
• 4.2.2 下表面互谱特性
• 4.3 看台后部开敞时的风压互谱特性
• 4.3.1 上表面互谱特性
• 4.3.2 下表面互谱特性
• 4.3.3 脉动风压互谱建模
• 4.4 本章小结
• 第5章 基于本文谱模型的特征湍流效应分析
• 5.1 谐波合成法
• 5.2 风振响应分析
• 5.2.1 悬挑桁架建模
• 5.2.2 荷载生成
• 5.2.3 结果分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢