【摘 要】
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大跨度圆竹拱结构跨度大、自重轻、阻尼小,对风荷载较为敏感。目前对该类结构的风效应和动力特性了解甚少,且缺少必要的实测数据,给结构设计带来很大不便。针对这些现实问题,本文研究了一类大跨度圆竹拱结构的风效应和动力特性,旨在为类似结构的设计提供参考。本文以采用圆竹材料的大跨度竹拱馆（Expo 2019,北京）为研究对象,通过现场监测,获得了风速时程数据和加速度响应数据,以监测数据为基础展开相关研究,主要
【基金项目】
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中央高校基本科研业务费（2020JBM040）；
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大跨度圆竹拱结构跨度大、自重轻、阻尼小,对风荷载较为敏感。目前对该类结构的风效应和动力特性了解甚少,且缺少必要的实测数据,给结构设计带来很大不便。针对这些现实问题,本文研究了一类大跨度圆竹拱结构的风效应和动力特性,旨在为类似结构的设计提供参考。本文以采用圆竹材料的大跨度竹拱馆（Expo 2019,北京）为研究对象,通过现场监测,获得了风速时程数据和加速度响应数据,以监测数据为基础展开相关研究,主要内容包括:（1）制定了风场监测试验方案;（2）通过对监测得到的风速数据进行处理与分析,求解监测期间风速的平均风特性、脉动风特性、自相似性和长程相关性;（3）通过对监测得到的振动数据进行处理与分析,研究了该类结构的振动特性;（4）采用峰值拾取法（PP）和基于协方差的随机子空间法（SSI-COV）对竹拱馆的动力特性进行研究;（5）基于实测模态参数,采用基于灵敏度的参数型修正法对初始有限元模型进行修正。研究表明:（1）监测期间,风场的主导风向为西北向,风攻角较小。实测功率谱与Von Karman规范谱存在一定的差别,无法直接用规范功率谱描述大跨度圆竹拱结构周围的实际风特性。对实测谱进行参数拟合,得到各参数的准确值,为该类结构周围风场重构提供依据。（2）通过对风速数据进行Hurst指数计算,发现监测期间风速具有长程正相关性和自相似性,且属于“1/f波动”。（3）分析了监测期间,该结构的响应极值并对平均风速与加速度响应均方根之间的关系进行拟合,发现两者间成线性关系;（4）识别出了竹拱馆Z向X向前四阶和Y向第一阶模态。分析频率发现,该圆竹拱结构平面外刚度大于平面内刚度,在动力荷载作用下更易引起平面内振动;分析阻尼比发现,阻尼比离散性较大,分布在0.5%～4.5%之间,属于小阻尼,该结构耗能能力弱;（5）得到了修正后的有限元模型,该模型可以作为检测圆竹结构损伤的平台,用来分析圆竹结构构件、节点损伤程度。该文章首次对大跨度圆竹拱结构进行风效应和动力特性的研究,研究中得到的风特性、振动特性、模态参数及模型修正等成果对以后大跨度圆竹拱结构的设计、施工及健康监测具有借鉴意义。
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