铝合金球面网壳结构风压场模型与风振响应分析

发布时间：2020-07-13 00:52

【摘要】：由于社会的进步和人类发展的需要,人们追求建造覆盖面积较大的空间结构。在此背景下,大跨度铝合金网壳结构因为其独特的优势被应用的越来越多,国内的工程实例有上海辰山植物园温室、义乌游泳馆等,这类结构质量轻,柔度大,作用在表面上的风荷载会出现特征湍流现象,因此风荷载会成为其主要的控制荷载。目前高层结构抗风设计研究的较为深入,理论也比较成熟,但大跨度结构风工程发展相对缓慢,国内外规范均没有给出代表性的计算方法。本文在国内外学者已有研究工作的基础上,以矢跨比为1/6、1/3,1/2大跨度铝合金球面网壳为例,系统的研究了其表面的脉动风特性、风振响应以及响应计算方法。本文主要的工作内容及成果如下:(1)基于风洞试验的风压时程数据,统计出风压系数并绘制等值线图。发现风压系数随着球壳矢跨比的增大而增大,平均风和脉动风在球面网壳表面上作用规律虽大致同步,但随着矢跨比的增大,分布形式差异也增大。(2)对苏宁提出的单参数脉动风压谱工程模型进行改进,提出了适用于球面网壳结构的单参数脉动风压自功率谱模型,并基于MATLAB进一步提出了两参数相干函数模型,从而得到脉动风压互谱模型。(3)将虚拟激励法的已有成果和谐波激励法的原理相结合,通过谐波激励法计算出激励协方差矩阵并进一步计算出各阶模态贡献系数;利用MATLAB编制出自动选择参振模态进行计算的谐波激励法程序。经过比对发现该方法计算结果准确且计算速度快,是一种简便快捷的风振响应算法。(4)对矢跨比为1/6、1/3,1/2球面网壳的响应风振系数进行了研究:当研究对象为位移风振系数时,球面网壳可分为两种情况讨论,矢跨比大于1/3时,位移风振系数随着矢跨比的增大而增大,矢跨比小于1/3时,位移风振系数随矢跨比的增大而减小;当研究对象为内力风振系数时,其数值随着矢跨比的增大而增大。另外本文根据不同的方法计算出来的一致风振系数相差很大,可见怎么确定一个合理、准确的标准方法计算一致风振系数还需要相关学者进一步的研究。(5)通过ANSYS分别建立了截面形式相同、矢跨比为1/2的铝合金和钢球面网壳结构有限元模型并计算相应的响应风振系数,结果表明虽然铝合金网壳结构比钢网壳结构更柔,但两者的风振系数却基本吻合。因此建筑结构材料的改变并不一定会改变风振系数,只有当钢球壳结构的基频与荷载的频率相接近时,此时将钢结构换成铝合金结构将导致基频更小,共振响应加剧,风振系数才会增大;反之如果材料改变后结构基频仍然与荷载频率差距较大,则风振系数基本不变。
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU395
【图文】：

22日台风“天鸽”在广东省珠海市登陆，为珠海、香港、澳门等地区带来重大破坏，造成了24人死亡和43.8亿美元（中国）的经济损失，影响极大，图1-1是澳门受“天鸽”袭击后的现场。可见，研究风荷载的分布形式和作用特点等规律是一件非常重要且有意义的事情。大跨度空间网壳结构是一种新颖的结构体系，在新型建筑材料不断发展以及建筑结构理论体系不断完善的背景下，建筑高度不仅越来越高，跨度也越来越大。国内已有许多建成的大跨度空间网格结构，代表性建筑有上海辰山植物园、南京牛首山佛顶宫、深圳湾体育中心等。空间网格结构

图 2-1 风洞试验模型图Fig.2-1 Roof models in the wind tunnel表 2-2 风洞试验基本参数Table.2-2 Basic parameters of wind tunnel test参数名称 取值 单位 参数说明 60 m 原型参考高度 0.86 Kpa 处的参考风压 0.5 Kpa 基本风压 0.15 / 地面粗糙度（B 类）N 127 / 总测点数H 0.6 m 参考点高度U 10.6 m/s 参考点风速注：风压的方向以指向测压模型方向为正，背离测压模型的为负。

平均风压等值线图

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 张智敏;;球面网壳钢结构安装施工测量技术分析[J];科技经济导刊;2019年09期

2 刘光宗;方水平;吴浪;;大跨度双层球面网壳结构的动力特性分析[J];四川建筑科学研究;2013年05期

3 王秀丽;马晓斌;;局部双层球面网壳新型体系减震性能分析[J];建筑科学;2011年11期

4 栗蕾;郝际平;李广慧;黄义;;考虑损伤双层扁球面网壳的非线性动力学特性[J];振动与冲击;2011年11期

5 栗蕾;黄义;;具有初始缺陷的扁球面网壳的混沌运动[J];空间结构;2010年02期

6 栗蕾;黄义;;具有损伤扁球面网壳非线性稳定性[J];动力学与控制学报;2009年04期

7 卓新;球面网壳结构的外扩法施工[J];建筑技术;1998年08期

8 苏厚德;何文涛;李海涛;车继勇;;大跨球面网壳空间结构的屈曲分析[J];石油化工设备;2011年S2期

9 陈东;王修信;徐赵东;;双层球面网壳的缺陷稳定分析[J];空间结构;2011年02期

10 韩冰;梁帅;;球面网壳的粘滞阻尼器减震分析[J];科技风;2011年08期

相关会议论文 前10条

1 杨争辉;李峰;杨泽东;;仿生龟型球面网壳参数化设计与加强[A];第十八届全国现代结构工程学术研讨会论文集 二：空间结构[C];2018年

2 魏信飞;薛素铎;李雄彦;;考虑土-结构协同工作双层球面网壳失效机理初探[A];庆贺刘锡良教授执教六十周年暨第十一届全国现代结构工程学术研讨会论文集[C];2011年

3 王钢;韩明君;王新志;;矩形底扁球面网壳非线性振动的频率特性[A];第18届全国结构工程学术会议论文集第Ⅲ册[C];2009年

4 陈晓霞;邢静忠;;球面网壳的快速建模[A];第一届全国几何设计与计算学术会议论文集[C];2002年

5 丁宗良;肖炽;;球面网壳网格划分方法研究[A];第四届空间结构学术交流会论文集（第二卷）[C];1988年

6 韩明君;王钢;邱平;王新志;;圆底三向网格扁球面网壳静动态频率特性[A];中国数学力学物理学高新技术交叉研究学会第十二届学术年会论文集[C];2008年

7 刘善维;高静萍;钱若军;;昆明拓东体育场挑蓬设计——大开口球面网壳的实践[A];庆贺刘锡良教授执教五十周年暨第一届全国现代结构工程学术报告会论文集[C];2001年

8 陈宝林;杜新喜;王杰;刘茂青;;短程线球面网壳参数化建模研究[A];钢结构工程研究（九）——中国钢结构协会结构稳定与疲劳分会第13届(ISSF-2012)学术交流会暨教学研讨会论文集[C];2012年

9 王娜;薛素铎;王广勇;李雄彦;;火灾下球面网壳结构的非均匀温度场模拟[A];第十四届空间结构学术会议论文集[C];2012年

10 韩庆华;刘锡良;尹越;王开强;栗峰;;北京奥运会自行车馆屋盖双层球面网壳结构设计及施工方法分析[A];第五届全国现代结构工程学术研讨会论文集[C];2005年

相关博士学位论文 前2条

1 白光波;六杆四面体单元组成的新型装配式球面网壳理论与试验研究[D];浙江大学;2015年

2 吴长;强震和冲击荷载下球面网壳的动力失效分析与试验研究[D];兰州理工大学;2014年

相关硕士学位论文 前10条

1 吴正鹏;铝合金球面网壳结构风压场模型与风振响应分析[D];广东工业大学;2019年

2 种传超;索支撑六边形网格单层类球面网壳建模及力学性能分析[D];山东建筑大学;2015年

3 陈俊辉;内爆炸下球面网壳支承柱的动力响应和损伤机理研究[D];华侨大学;2019年

4 乐李辉;内爆炸下大跨球面网壳结构的损伤评估和防爆方法[D];华侨大学;2018年

5 郭金星;球面网壳结构的风荷载数值模拟及主动控制研究[D];西安建筑科技大学;2015年

6 葛志龙;蜂窝型球面网壳优化设计及稳定性分析[D];山东建筑大学;2014年

7 张彬;球面网壳结构的风振主动控制研究[D];西安建筑科技大学;2013年

8 王超;六种典型带肋局部双层球面网壳的参数化建模及形状优化设计[D];山东建筑大学;2012年

9 栗蕾;扁球面网壳在动静荷载作用下的非线性动力学特性[D];兰州理工大学;2006年

10 赵艳影;扁球面网壳的非线性力学行为[D];兰州理工大学;2004年

本文编号：2752727