開孔結(jié)構(gòu)風致內(nèi)壓及其與柔性屋蓋的耦合作用.pdf

1、國內(nèi)外風災調(diào)查研究表明，低層房屋及大跨度柔性屋蓋的風致破壞在很大程度上是由內(nèi)外壓共同作用引起的，部分敞開或突然開孔導致的內(nèi)壓增大對建筑物的安全產(chǎn)生了嚴重的威脅，然而人們對內(nèi)壓產(chǎn)生機理的研究尚處于摸索階段，而結(jié)構(gòu)設(shè)計人員對內(nèi)壓的取值更是無所適從，可見內(nèi)壓問題的研究是現(xiàn)代風工程領(lǐng)域新興的課題，深入探討開孔結(jié)構(gòu)風致內(nèi)壓及其與大跨柔性屋蓋的共同作用具有極其重要的學術(shù)研究意義和工程應用價值。本文采用理論分析和風洞模型試驗相結(jié)合的方法，對風致內(nèi)壓響

2、應的機理、風致內(nèi)壓與大跨柔性屋蓋的耦合振動特性、內(nèi)外壓共同作用下屋蓋風致響應的求解方法等關(guān)鍵問題進行了系統(tǒng)研究。 在理論分析方面，首先提出了紊流風場中孔口阻尼的迭代計算方法并分析了孔口阻尼特性，從理論上找到了孔口等效阻尼比的影響因素；發(fā)展了迎風面任意開孔時內(nèi)壓脈動的頻域分析法，重新定義了開孔率的概念，并以開孔率來評價開孔結(jié)構(gòu)內(nèi)壓脈動，取得了良好的效果；推導了考慮背景孔隙的內(nèi)壓傳遞方程，從理論上解釋了背景孔隙的附加阻尼效應，并得出

3、了相關(guān)的量化指標；考慮風致內(nèi)壓影響推出了名義封閉屋蓋結(jié)構(gòu)主振模態(tài)的三階動力微分方程，改進了迎風面單一開孔結(jié)構(gòu)屋蓋-內(nèi)壓的耦合振動方程組并給出了頻響函數(shù)矩陣，對風致內(nèi)壓和大跨柔性屋蓋耦合振動的頻率特性和阻尼特性進行了深入分析；最后利用耦合振動理論推導了內(nèi)外壓共同作用下屋蓋風致響應的模態(tài)分析理論。 在試驗研究方面，在國內(nèi)首次針對低層房屋設(shè)計了具有不同開孔面積、開孔數(shù)量、開孔位置及不同內(nèi)部容積的剛性模型進行風洞試驗，研究了內(nèi)壓的空間分

4、布規(guī)律、平均內(nèi)壓與脈動內(nèi)壓的產(chǎn)生機理與理論估算問題、峰值內(nèi)壓的取值規(guī)律以及內(nèi)外壓的相關(guān)性問題，全面地闡述了開孔結(jié)構(gòu)內(nèi)部風荷載的特性；在國際上首次采用索膜結(jié)構(gòu)體系設(shè)計制作了可調(diào)剛度的屋蓋結(jié)構(gòu)并進行多種墻面開孔工況的氣彈模型風洞試驗，研究了屋蓋風致響應隨各種因素的變化規(guī)律，并對開孔結(jié)構(gòu)屋蓋頻率特性和阻尼特性進行了深入分析，試驗與理論結(jié)果吻合較好。 最后，本文還針對風致內(nèi)壓相關(guān)問題的風洞模型試驗相似性模擬展開討論，通過理論分析得到了氣