弦支穹顶结构风振响应分析

论文摘要

弦支穹顶是由上部的单层球面网壳和下部的张拉索杆体系组合而成的一种自平衡体系。它有效地改善了上部网壳结构的稳定性能,提高了结构整体刚度,大大降低了对周边支承结构的要求,同时又降低了施工难度。作为大跨空间结构,风荷载往往是结构设计的主要甚至控制荷载。但目前对弦支穹顶结构的风振特性、抗风设计方法等方面的研究还十分欠缺。因此,对弦支穹顶结构进行系统的风振响应研究,分析各基本参数在常用范围内变化对结构风振性能的影响,并提出可供工程设计参考的实用抗风设计方法显得十分必要。本文首先在大量文献总结工作的基础上,对弦支穹顶结构风振响应分析的一些基本理论问题,如结构的自振特性、脉动风荷载的模拟和随机模拟时程分析方法等,进行了较为系统的理论探讨。在此基础上,通过对弦支穹顶结构的典型算例进行风振响应分析,掌握了分析流程,对此类结构的风振特性有了初步的了解,为后面的系统的结构参数分析理清了分析思路,奠定了理论基础。其次,在对结构进行自振特性分析的基础上,采用随机模拟时程分析方法对弦支穹顶结构进行了系统的风振响应分析,考察矢跨比、撑杆高度、屋面荷载、拉索预应力以及布索方式等基本参数在常用范围内变化时,结构的风振响应变化规律。研究表明:不同参数对结构的风振性能影响差别较大,矢跨比、预应力以及布索方式的影响比较大,而撑杆高度、屋面荷载的影响很小。然后,针对现行规范抗风设计方法应用于弦支穹顶结构抗风设计时存在的诸多问题,结合弦支穹顶结构的风振特点,初步形成了一套较完整的弦支穹顶结构抗风设计思路。并提出了便于工程设计使用的整体风振系数。根据这一思路,对弦支穹顶结构的风振响应分析结果进行统计、回归,给出了设计建议值,以供弦支穹顶结构工程抗风设计参考。最后,对采用了弦支网壳体系的营口市奥体中心比赛馆屋盖进行了风振响应分析,并给出了屋盖的整体位移风振系数和内力风振系数,所得结果可供工程实践参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.1.1 弦支穹顶结构的产生
• 1.1.2 弦支穹顶结构的原理
• 1.1.3 弦支穹顶结构的特点
• 1.1.4 弦支穹顶结构的分类
• 1.2 弦支穹顶结构的研究现状
• 1.2.1 国外研究现状及工程实例
• 1.2.2 国内研究现状及工程实例
• 1.3 风振响应分析方法
• 1.4 论文的主要工作
• 第2章 弦支穹顶结构风振响应分析理论
• 2.1 风的基本特性
• 2.1.1 平均风的基本特性
• 2.1.2 脉动风的基本特性
• 2.1.3 建筑物表面风压
• 2.2 自振特性分析
• 2.3 随机模拟时程分析方法
• 2.3.1 结构风荷载的模拟
• 2.3.2 动力方程的求解
• 2.3.3 响应的统计分析
• 2.4 弦支穹顶形态分析方法
• 2.5 典型弦支穹顶结构风振响应分析
• 2.5.1 分析模型
• 2.5.2 形态分析
• 2.5.3 自振特性分析
• 2.5.4 风速时程模拟
• 2.5.5 风振响应分析
• 2.6 本章小结
• 第3章 弦支穹顶结构风振响应分析
• 3.1 计算模型及参数分析方案
• 3.1.1 计算模型
• 3.1.2 参数分析方案
• 3.2 自振特性参数分析
• 3.2.1 跨度的影响
• 3.2.2 矢跨比的影响
• 3.2.3 撑杆高度的影响
• 3.2.4 屋面荷载的影响
• 3.2.5 拉索预应力的影响
• 3.2.6 布索方式的影响
• 3.3 风振响应参数分析
• 3.3.1 矢跨比的影响
• 3.3.2 撑杆高度的影响
• 3.3.3 屋面荷载的影响
• 3.3.4 拉索预应力的影响
• 3.3.5 布索方式的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 弦支穹顶结构实用抗风设计方法
• 4.1 引言
• 4.2 现行规范方法概述
• 4.3 风振响应均值与平均风荷载响应
• 4.4 弦支穹顶结构抗风设计方法
• 4.5 弦支穹顶结构的整体风振系数
• 4.6 本章小结
• 第5章 营口市奥体中心体育馆屋盖风振响应分析
• 5.1 工程概况
• 5.2 结构自振特性分析
• 5.3 风振响应分析
• 5.3.1 风荷载模拟
• 5.3.2 风振响应结果
• 5.4 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