【摘 要】
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大跨度屋盖风振响应中的多振型参与特性，及由此导致的多目标等效静风荷载问题，一直是近年来大跨屋盖结构风工程研究和工程应用时十分关注的问题。本文对作者及合作者近年来在该方面的研究工作所取得的进展进行了总结，介绍选取风振响应中主导振型的Ritz-POD法，该方法利用POD分解得到脉动风荷载的空间分布形式，利用该荷载分布形式对结构响应较大的Ritz向量;以模态加速度法为基础，推导了脉动风响应中背景响应和共
【机 构】
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北京交通大学 土木建筑工程学院 北京 100044 哈尔滨工业大学 土木工程学院,黑龙江 哈尔滨
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大跨度屋盖风振响应中的多振型参与特性，及由此导致的多目标等效静风荷载问题，一直是近年来大跨屋盖结构风工程研究和工程应用时十分关注的问题。本文对作者及合作者近年来在该方面的研究工作所取得的进展进行了总结，介绍选取风振响应中主导振型的Ritz-POD法，该方法利用POD分解得到脉动风荷载的空间分布形式，利用该荷载分布形式对结构响应较大的Ritz向量;以模态加速度法为基础，推导了脉动风响应中背景响应和共振响应的数学表达式，并给出了背景响应与共振间的相关性分析方法;根据结构风振响应特性，选择风荷载的主要本征模态和结构主导振型惯性力作为构造多目标等效静风荷载的基本向量，根据最小二乘法，得到基本向量的最优组合系数，从而得到针对多个等效目标的等效静风荷载。最后，将该方法应用于一跨度为40m的单层球面网壳，结果验证了本文方法的有效性和精度。
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将找形的概念应用于刚性结构，提出基于力密度法的球面网壳的找形方法。通过在找形过程中引入自重，解决了高斯曲率为正的球面网壳杆件内力为压力的找形问题，并且通过找形基本消除了自重引起的弯矩和剪力。找形得到的网壳结构与传统的球面网壳在曲面外形仅有微小的差别，但网格划分更均匀，几何形体更优美，建筑外形更美观，承载能力也有大幅度地提高。本文提出的找形方法效率高，收敛性好，为球面网壳结构的设计开拓了新的方法和思
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通过将数值模拟获得的Socket节点的弯矩-转角关系曲线引入到单层球面网壳结构的计算模型中，建立了半刚性肋环双斜杆型单层球面网壳的数值分析模型。利用此数值模型，同时考虑几何与材料非线性，对Socket节点肋环双斜杆型单层球面网壳开展了大规模的弹塑性全过程分析，考察了网壳的极限荷载和失稳模态等特征响应，并总结了此网壳结构的节点弯曲刚度、跨度和矢跨比、杆件类型、荷载分布形式以及初始几何缺陷等参数对网壳
为了研究大跨空间结构在遭受爆炸袭击时结构上荷载的分布情况，本文针对工程设计中应用较为广泛的40m跨度的球壳结构内部发生爆炸时结构受到的爆炸荷载进行了研究。根据球壳结构的特性，针对典型位置，利用显式动力学有限元软件LS-DYNA对于球壳结构的爆炸荷载进行了数值模拟。并对炸药放置于球壳结构内不同位置时爆炸对结构上荷载分布造成的影响进行了分析。通过分析，得到了关于球壳结构内部爆炸荷载分布的一些规律。
大型通用有限元分析软件ANSYS中的随机振动PSD分析会自动忽略非线性影响，然而对于大跨度结构，即使假定在地震作用下杆件不进入塑性状态，其几何非线性仍有可能较为明显。为解决ANSYS中的PSD分析几何非线性问题，本文提出了用Matrix27矩阵单元代替传统的Link8三维杆单元，在验证了使用Matrix27单元所建立模型正确的前提下，利用本文提出的几何非线性PSD分析方法分析了一正方四角锥网架结构
采用时程分析法对变截面门式刚架在罕遇地震作用下的动力响应进行了研究，分析过程中考虑了初始几何缺陷、几何非线性和材料非线性的影响。获得了门式刚架结构在强震作用下的受力破坏全过程，分析了不同腹板宽厚比下构件局部屈曲对门式刚架结构抗震性能的影响。
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基于实用大空间火灾空气升温模型模拟火灾场景，针对张弦梁结构的整体抗火性能进行了分析，研究了不同火源面积火灾发生时结构的温度场分布规律、位移和应力特征及钢索预应力变化和结构破坏规律。结果表明，在局部火灾作用下张弦梁结构发生了局部破坏;火源面积越大，结构的极限耐火时间越短：结构的抗火薄弱环节位于结构跨中和火源中心区域。
研究同时针对所有节点位移和杆件内力的等效静风荷载(多目标等效静风荷载)是目前大跨屋盖结构抗风设计中遇到的一个难题。本文提出用对风振响应贡献较大的风荷载本征模态和结构振型表示多目标等效静风荷载，保证在该等效静风荷载下的结构所有关键位置响应与实际动力响应极值问的误差最小。并将该方法应用于大跨度平面桁架，在工程常用的范围内，考虑结构跨度、屋面质量、桁架位置、设计风速和风向等参数变化对平面桁架多目标等效静
本文对单层折面空间网格结构这一新型结构形式的表面风荷载分布、自振特性和风振响应特性进行了研究，计算了结构的等效静风荷载，并讨论了其计算精度，得到了如下结论。首先，整个屋面的绝大部分表面风压都表现为负压。其次，在单层折面空间网格结构的风振响应中，参与结构振动振型较多，需要考虑多阶振型影响;在脉动风荷载的作用下各振型耦合作用较小。最后，得到的单层折面空间网格结构等效静风荷载，计算精度可满足工程要求。