大跨度双筒网壳结构的风振响应分析

以河南省某干煤棚大跨双筒网壳结构为研究对象,通过大涡模拟和结构响应计算,研究大跨双筒网壳结构抗风性能及风致破坏风速。大跨度空间结构作为柔性体系对风荷载的作用比较敏感,容易受到非平稳强风的影响而发生振动,导致结构发生破坏甚至倒塌。故通过模拟生成非平稳脉动风对大跨空间结构进行风振响应分析,为结构抗风措施研究提供依据。首先,依据干煤棚的实际工程参数对结构进行建模,采用ANSYS ICEM CFD和SAP 2000软件,选取非结构化网格划分,同时为确保模拟精度将入流面分为9个区域,用MATLAB软件结合谐波叠加法并通过快速傅里叶变换(FFT)模拟得到非平稳脉动风,叠加时变平均风后得到入流面区域的非平稳强风。其次,利用FLUENT模拟结构在平均风压下5个不同风向角的风压分布,得到建筑表面的风压值,从而确定结构破坏的最不利风向角,在SAP 2000中通过非线性静力弹塑性分析(Pushover法)结构变形情况并结合其风压分布综合确定结构关键区域。最后,利用大涡模拟法(LES)模拟最不利风向角下非平稳强风作用在结构的情况,通过获取关键区域内关键节点的风压时程进一步计算得到节点风荷载时程。对风振响应等数据进行分析确定结构破坏情况,研究其抗风极限承载力,从而获得使结构破坏的抗风极限风速。将模拟结果与结构实际破坏情况进行对比,发现破坏情况相同,表明本文模型的模拟是可靠的。经模拟结果确定,90°为大跨双筒网壳结构最不利风向角,结构中部区域为最不利位置,通过对位移时程的分析,确定结构y方向上的水平位移是导致结构破坏的关键;在瞬时风速达到80 m/s的情况下结构达到抗风极限承载力。