懸臂弧形挑篷風(fēng)荷載和等效靜風(fēng)荷載研究.pdf

1、懸臂弧形挑篷被廣泛的應(yīng)用于體育場(chǎng)主看臺(tái)及公共場(chǎng)館敞開(kāi)式出入口大廳等建筑中。這類結(jié)構(gòu)的空間三維特征使得表面的風(fēng)荷載分布極為復(fù)雜，而結(jié)構(gòu)的懸挑特性，又造成其對(duì)風(fēng)荷載作用非常敏感。由于外形和結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，使得懸臂挑篷的抗風(fēng)研究成為目前結(jié)構(gòu)風(fēng)工程研究的難點(diǎn)之一。本文主要從風(fēng)洞試驗(yàn)和風(fēng)振理論兩個(gè)方面對(duì)懸臂弧形挑篷的風(fēng)壓特征和風(fēng)振響應(yīng)特性進(jìn)行研究，得到適用于挑篷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的等效靜風(fēng)荷載，主要工作的內(nèi)容如下：　　1.懸臂弧形挑篷風(fēng)荷載的參數(shù)分析。設(shè)計(jì)

2、具有一般性的懸臂弧形挑篷模型代表常見(jiàn)的挑篷形式，利用同步測(cè)壓技術(shù)、頻域分析方法、數(shù)值模擬和小波分析方法研究了弧形挑篷在不同參數(shù)(風(fēng)場(chǎng)、屋蓋傾角、風(fēng)向角、屋蓋下部堵塞度、屋蓋前緣襯板和來(lái)流向看臺(tái)的遮掩效應(yīng)等)條件下風(fēng)壓分布特征。通過(guò)懸臂弧形挑篷數(shù)值模擬的結(jié)果驗(yàn)證了錐狀渦的存在，解釋了邊角區(qū)域風(fēng)荷載分布的形成機(jī)理。在仔細(xì)分析脈動(dòng)風(fēng)壓的概率分布形式后，得到了適用于挑篷表面最不利風(fēng)荷載統(tǒng)計(jì)的峰值因子取值；通過(guò)不同參數(shù)條件下挑篷表面各區(qū)域風(fēng)壓的頻

3、譜曲線，系統(tǒng)地討論了懸臂弧形挑篷的風(fēng)荷載的頻率分布特征；利用小波分析這一新進(jìn)發(fā)展的信號(hào)分析手段，確定了適用于挑篷表面風(fēng)壓分析的小波基，通過(guò)風(fēng)壓樣本的小波變換和多分辨率分析，得到了不同尺度下風(fēng)荷載近似部分和細(xì)節(jié)部分相關(guān)性特征等風(fēng)荷載信息；　　2.研究挑篷邊角處的風(fēng)荷載特征以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)風(fēng)荷載的合理取值。根據(jù)各參數(shù)模型在全部試驗(yàn)風(fēng)向角下的風(fēng)壓系數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，獲得了挑篷邊角區(qū)域上表面的極值風(fēng)壓分布規(guī)律和針對(duì)這部分區(qū)域的風(fēng)壓峰值因子，并系統(tǒng)討

4、論了懸臂弧形挑篷上表面圍護(hù)結(jié)構(gòu)的陣風(fēng)系數(shù)取值。在詳細(xì)分析挑篷邊角區(qū)域凈風(fēng)荷載后，針對(duì)挑篷下表面裸露的情況，對(duì)該區(qū)域凈風(fēng)荷載的極值風(fēng)壓、峰值因子以及我國(guó)規(guī)范中定義的陣風(fēng)系數(shù)也作了深入研究；　　3.懸臂弧形挑篷等效靜風(fēng)荷載的研究。采用協(xié)方差綜合法得到懸臂弧形準(zhǔn)靜力部分的梯形等效靜風(fēng)荷載，將其與LRC法計(jì)算得到的等效靜風(fēng)荷載以及風(fēng)洞試驗(yàn)中實(shí)測(cè)得到的挑篷風(fēng)荷載作對(duì)比，證明沿挑篷徑向采用梯形分布的等效靜風(fēng)荷載的有效性。通過(guò)大量計(jì)算分析得到基本挑

5、篷的等效靜風(fēng)荷載，以及根據(jù)風(fēng)向角、風(fēng)場(chǎng)、挑篷傾角、對(duì)側(cè)挑篷形式、挑篷下部通風(fēng)率及襯板形式等因素對(duì)基本挑篷等效靜風(fēng)荷載的影響分析，得到一般懸臂弧形挑篷的準(zhǔn)靜力部分等效靜風(fēng)荷載的表達(dá)式。該表達(dá)式描述的等效靜風(fēng)荷載沿挑篷展向近似呈弦波形式，沿挑篷徑向呈梯形形式，且考慮各參數(shù)的影響。根據(jù)常見(jiàn)的弧形挑篷基頻所在范圍，構(gòu)造了與風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛶缀纬叽缫恢碌挠邢拊Ｐ?，通過(guò)直接施加風(fēng)洞試驗(yàn)得到的風(fēng)壓時(shí)程，采用時(shí)程分析法計(jì)算在不同基頻下弧形挑篷的動(dòng)力響應(yīng)，