【摘 要】
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大跨空间结构形式灵活、造型多样,在公共及工业建筑中广泛应用。此类结构多为柔性结构体系且对风荷载敏感,结构的风荷载作用面积通常较大,使得在强风作用下常发生破坏甚至倒塌,其多由风压脉动引起的结构振动导致,而对结构风振响应的分析计算,可通过风振系数进行考虑,但我国现行荷载规范对于此类结构并未给出相应的数据参考。因此,进行大跨空间结构的风振响应研究,对其抗风设计的安全性、科学性、合理性具有重要意义。由于在
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大跨空间结构形式灵活、造型多样,在公共及工业建筑中广泛应用。此类结构多为柔性结构体系且对风荷载敏感,结构的风荷载作用面积通常较大,使得在强风作用下常发生破坏甚至倒塌,其多由风压脉动引起的结构振动导致,而对结构风振响应的分析计算,可通过风振系数进行考虑,但我国现行荷载规范对于此类结构并未给出相应的数据参考。因此,进行大跨空间结构的风振响应研究,对其抗风设计的安全性、科学性、合理性具有重要意义。由于在强风过程中常发生风速瞬时突变的现象,表现为较强的非平稳性。本文基于对平稳及非平稳风速随机过程的认识,借助数值风洞技术,采用ICEM CFD与FLUENT平台对网架辅助设计软件STADS计算风工程进行开发,以风致垮塌的某大跨干煤棚网架实际工程结构为研究对象,将平稳与非平稳脉动来流引入流场,进行结构强风风场模拟及风振响应的研究,从以下三方面展开:(1)建立对自然风特性与风速时程模拟方法的深入认识,基于Matlab语言采用谐波叠加法编制空间多点平稳与非平稳脉动风速合成程序并引入FFT算法加快运算,验证模拟风速与目标自然风特性的吻合性及程序可靠性;采用不同时变平均风调制非平稳随机过程,基于实测数据将编制程序应用于台风风场的模拟中。(2)基于ICEM CFD和FLUENT平台采用C语言对STADS软件的计算风工程功能进行程序开发,将谐波叠加法脉动风速合成程序嵌入STADS,通过参数化操作自动控制脉动风速的生成、ICEM CFD模型的建立与FLUENT软件的运行,自动完成脉动来流下瞬态风场的大涡模拟计算,通过算例模型验证风场模拟结果的可靠性;将程序应用于干煤棚网架实际工程结构的平稳强风风场模拟中,通过对最不利风向下网架结构非线性稳定性的分析,对模拟强风风场与实际风场中网架的失稳过程进行对比分析。(3)经STADS计算风工程程序合成并引入非平稳脉动来流,进行最不利风向角下非平稳强风瞬态风场模拟,通过STADS风振分析程序自动完成监控点风压到节点风荷载的转换及相应荷载时程文件的读取以进行网架的动力时程分析,分析网架表面风荷载分布及动力响应受风场非平稳性的影响,开展对干煤棚网架节点和分区综合风振系数的计算与分析。本文的研究工作极大提高了大跨网架结构瞬态风场模拟效率,深化了对非平稳风场下结构表面风荷载分布及其风振响应的认识,为大跨空间网架结构的抗风设计提供了参考。
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