大跨桁架屋蓋結(jié)構(gòu)在雷暴沖擊風(fēng)作用下的動(dòng)力響應(yīng)和減振控制.pdf

1、雷暴沖擊風(fēng)是雷暴天氣中從風(fēng)場(chǎng)核心區(qū)向四周輻散形成近地強(qiáng)風(fēng)的下沉氣流，這種短時(shí)間產(chǎn)生的瞬態(tài)強(qiáng)風(fēng)會(huì)引起極高的近地面風(fēng)速，從而對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生強(qiáng)烈的破壞作用。大跨屋蓋結(jié)構(gòu)對(duì)風(fēng)荷載比較敏感，且大部分大跨度結(jié)構(gòu)的屋蓋都處于雷暴沖擊風(fēng)破壞作用的高度范圍內(nèi)，而現(xiàn)階段中國(guó)規(guī)范對(duì)于雷暴等極端天氣產(chǎn)生的強(qiáng)風(fēng)荷載并未給出相關(guān)取值規(guī)定，并且國(guó)內(nèi)外關(guān)于雷暴沖擊風(fēng)對(duì)大跨屋蓋的風(fēng)致響應(yīng)研究相對(duì)較少。為此，本文采用理論公式對(duì)雷暴沖擊風(fēng)風(fēng)速進(jìn)行數(shù)值模擬，對(duì)大跨桁架屋蓋結(jié)構(gòu)在雷

2、暴風(fēng)作用下的風(fēng)振響應(yīng)和減振響應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)地分析，主要內(nèi)容包括:
　　(1)基于混合隨機(jī)過(guò)程理論，采用Wood豎直風(fēng)剖面方程與Holmes經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ湍M平均風(fēng)，通過(guò)在隨機(jī)過(guò)程中加入時(shí)變平均風(fēng)從而調(diào)制得到非平穩(wěn)的脈動(dòng)風(fēng)。采用不同的隨機(jī)過(guò)程的模擬方法，對(duì)作用于兩個(gè)結(jié)構(gòu)上的雷暴沖擊風(fēng)風(fēng)速進(jìn)行模擬，兼顧精度和效率，最終采用自回歸AR模型來(lái)模擬風(fēng)速中的隨機(jī)過(guò)程。采用功率譜估計(jì)理論來(lái)評(píng)價(jià)風(fēng)速模擬結(jié)果是否合理，通過(guò)三種功率譜估計(jì)法的對(duì)比，結(jié)果表明最大

3、熵值法的誤差較小。
　　(2)針對(duì)復(fù)雜的大跨屋蓋結(jié)構(gòu)，研究了結(jié)構(gòu)參數(shù)和風(fēng)參數(shù)對(duì)兩種簡(jiǎn)化力學(xué)模型風(fēng)振響應(yīng)的影響。對(duì)簡(jiǎn)支梁式結(jié)構(gòu)的風(fēng)振響應(yīng)進(jìn)行參數(shù)化分析，結(jié)果表明結(jié)構(gòu)剛度、跨度、最大風(fēng)速半徑及風(fēng)暴移動(dòng)速度對(duì)結(jié)構(gòu)的風(fēng)振響應(yīng)影響較大。對(duì)拱梁式結(jié)構(gòu)的風(fēng)振響應(yīng)進(jìn)行參數(shù)化分析，結(jié)果表明剛度、矢跨比、最大風(fēng)速半徑及風(fēng)暴移動(dòng)速度對(duì)拱梁的風(fēng)振響應(yīng)影響較大。采用基于包絡(luò)概念的整體風(fēng)振系數(shù)計(jì)算方法，分別研究了不同參數(shù)下的整體位移風(fēng)振系數(shù)和整體荷載風(fēng)振系數(shù)

4、，結(jié)果表明采用結(jié)構(gòu)整體位移風(fēng)振系數(shù)對(duì)簡(jiǎn)支梁進(jìn)行雷暴風(fēng)等效靜風(fēng)荷載分析具有更高的精度，對(duì)拱梁進(jìn)行雷暴風(fēng)等效靜風(fēng)荷載分析的結(jié)果與時(shí)程分析結(jié)果相比偏小。
　　(3)針對(duì)兩種平面桁架結(jié)構(gòu)，通過(guò)ANSYS有限元軟件對(duì)其進(jìn)行幾何非線性和材料非線性時(shí)程分析。結(jié)果表明桁架靠近迎風(fēng)面支座處的四根腹桿發(fā)生屈服，拱桁架靠近迎風(fēng)面支座處兩根斜腹桿發(fā)生屈服，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在風(fēng)振后產(chǎn)生不可忽略的殘余變形，對(duì)結(jié)構(gòu)使用的安全造成威脅。
　　(4)針對(duì)平面桁架在雷

5、暴風(fēng)作用下產(chǎn)生不可恢復(fù)的殘余變形這一現(xiàn)狀，通過(guò)將受力較大的桿件替換為自定心耗能桿件進(jìn)行減振分析，研究結(jié)果表明桁架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)峰值殘余變形減小48.07％，拱桁架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)豎向峰值殘余變形減小84.57％，水平向峰值殘余變形減小86.85％，可見(jiàn)殘余變形明顯減小，達(dá)到減振的效果。并研究自定心桿件啟動(dòng)力、啟動(dòng)位移、強(qiáng)度比三個(gè)參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)變形響應(yīng)的影響。結(jié)果表明隨著自定心桿件啟動(dòng)力的增大，結(jié)構(gòu)峰值位移減小，當(dāng)啟動(dòng)力過(guò)大時(shí)，結(jié)構(gòu)的峰值殘余位移隨著與自定

6、心桿件相鄰桿的相繼屈服會(huì)有所增大;隨著啟動(dòng)位移的增大，峰值位移和殘余位移均有所增大;隨著強(qiáng)度比的增大，自定心桿件耗能能力增大，自復(fù)位能力削弱。
　　(5)針對(duì)實(shí)際工程中一榀張弦桁架，對(duì)其進(jìn)行雷暴風(fēng)作用下風(fēng)振響應(yīng)分析。由于張弦桁架較大的受風(fēng)面積致使結(jié)構(gòu)受到較大風(fēng)壓，最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生明顯塑性變形，豎向峰值殘余位移為0.83m，水平向峰值殘余位移為0.26m，不利于繼續(xù)使用。增加四根自定心耗能支撐后進(jìn)行減振分析，研究結(jié)果表明豎向峰值殘余