双层柱面网壳随机风致响应研究

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大跨屋盖结构具有造型优美,力学性能良好的特点,近些年来广泛应用于各类建筑中,但目前我国规范只有针对高耸建筑的风振计算,并没有大跨屋盖的风振计算。本文以双层柱面网壳为研究背景,在理论上对网壳风振响应机理、计算方法进行了一系列研究。本文的主要研究工作如下:1.比较频域内风振响应的两种计算方法。分别计算背景响应、共振响应,然后叠加得到总响应的结果,与采用自适应Simpson算法直接计算得到的结果是一致的。不同模态下的共振响应与背景响应的比例,随着模态阶数升高而减小。低阶模态以共振响应为主,高阶模态以背景响应为主。2.振型截取研究。结构整体背景响应可以通过静力分析得到,通过振型叠加法可以获得不同模态下的背景响应。在总结整体背景响应、振型背景响应的基础上,提出背景响应的振型能量参与系数计算方法,由振型能量参与系数获得累积振型能量参与系数。通过累积振型能量参与系数,判断所选振型是否合理。对于双层柱面网壳结构,取前20阶模态便可满足需求。3.时域和频域一致性研究。利用线性滤波法模拟出脉动风速时程,并进行统计检验:利用脉动风速时程,得出脉动风力时程,在Ansys中进行时程分析,获得各点的位移响应根方差。振型组合采用CQC法和时域计算结果吻合,振型组合采用SRSS法和时域结果有一定误差。4.风致响应影响因素研究。利用频域分析方法,分别对模态耦合项、脉动风速谱、空间相干函数、地面粗糙度、体型系数、基本风压、阻尼比进行研究。研究表明:模态耦合项、空间相干函数对位移响应向量空间分布有影响;体型系数对位移响应较小;地面粗糙度、基本风压、阻尼比只影响位移响应的幅值。5.脉动风等效静力风荷载和风振系数研究。介绍了改进LRC法计算等效静力风荷载原理。通过分析,改进LRC法计算得出的指定节点的峰值位移和CQC方法的计算结果吻合的非常好,误差在6%以内。通过对三个算例的竖向位移风振系数分析,发现在整体上竖向位移风振系数分布较平缓,离散较小;位移风振系数最大值和最小值差距较小。
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