索穹頂結構耦合風振研究.pdf

1、索穹頂結構除少數(shù)幾根桿件受壓外，其余桿件都處于張力狀態(tài)，所以充分發(fā)揮了鋼索的高強特性，且索穹頂結構一般以膜材為覆蓋材料，具有自重輕、跨度大及建筑造型自由豐富的特點。由于這種結構同時集新材料、新技術、新工藝和高效率于一體，所以被認為是代表當今國際空間結構發(fā)展最高水平的結構形式。索穹頂結構具有如下的特點：跨度及柔性大，低階自振頻率小，非線性特征明顯；自振頻率密集且相互耦合；空間曲面及繞流特性復雜；膜在風荷載作用下振幅較大，結構場與流體場間的

2、流固耦合效應不可忽略。所有這些特點使得索穹頂結構對風的作用非常敏感，但到目前為止，針對索穹頂結構的抗風分析還很少，而且這些分析都沒有充分考慮上述索穹頂結構的受力特點。據(jù)此，本文分別采用數(shù)值風洞方法及簡化氣彈力學模型方法對索穹頂結構的耦合風振問題進行了研究，并將求解結果與試驗值作了對比。 第一章在查閱國內外相關文獻的基礎上，簡要回顧了索穹頂結構的發(fā)展歷史、工程應用及研究現(xiàn)狀，并確定了本文的主要研究內容。 本文第二章總結和推

3、導了大跨度張力屋蓋結構體系的氣彈模型風洞試驗所需滿足的相似準則，并對肋環(huán)型索穹頂結構氣彈模型風洞試驗的數(shù)據(jù)進行了統(tǒng)計和分析。氣彈模型風洞試驗是對理論分析進行檢驗的重要依據(jù)。 第三章基于ADINA軟件所提供的流固耦合功能采用不同湍流模型對索穹頂結構進行了耦合風振分析。在耦合風振分析中數(shù)值風洞方法極具應用前景，但在目前的技術條件下這種方法還存在一定的制約。 第四章推導了索穹頂結構耦合風振分析的簡化氣彈力學模型。在模型的參數(shù)計

4、算上，采用奇點配置法推導了三維情形下結構振動誘導流場附加質量的數(shù)值計算方法；聯(lián)合采用經驗模態(tài)分解、改進的隨機減量法及Hilbert變換對索穹頂結構的氣動阻尼進行了識別分析；推導了基于本征正交分解的降階譜解法.基于簡化氣彈力學模型的索穹頂結構耦合風振分析結果與試驗的對比表明，該方法可以較好地應用于索穹頂結構的耦合風振分析。 第五章采用簡化氣彈力學模型耦合風振分析方法對目前兩種主要的索穹頂形式——肋環(huán)型和葵花型索穹頂結構進行了耦合風