封闭式屋盖结构风致响应理论与试验

为了研究封闭式屋盖结构的风致响应特性,用理论方法与风洞试验进行定性与定量分析.在传统模态分析法的基础上考虑结构内压与屋盖的耦合作用,推出了模态空间不独立的频响函数矩阵来描述屋盖的风致响应特性,通过算例分析了内压对封闭式屋盖风致响应的影响机理,并对钢网架平屋盖位移响应和加速度响应在内压影响下的变化进行了参数分析.采用预应力张拉结构体系设计制作了可调刚度屋盖结构的气动弹性模型,在风洞试验中进行屋盖加速度响应的测定,试验结果与理论分析结果较为吻合.研究结果表明,考虑内压后封闭式屋盖结构的风致响应会有所减小,而墙面孔隙率与气承刚度系数是影响封闭式屋盖风致响应的重要因素.

封闭式大跨屋盖气弹模型风洞试验的气承刚度模拟

通过气弹模型风洞试验与理论分析,研究气承刚度相似性模拟对封闭式大跨屋盖气弹模型设计的关键意义.设计制作了平屋盖气动弹性模型进行四周封闭与迎风面突然开孔两种状况下屋盖风振响应的风洞试验,在对加速度响应谱的对比分析中,发现四周封闭气弹模型受脉动风激励时一阶模态出现大幅度移频现象,经分析后得出模型内部气承刚度与屋盖刚度相似关系的不匹配是导致这一现象的主要原因.根据气承力的相似性原理导出了气承刚度相似性模拟的理论公式从而进一步阐释了试验结果.研究表明,在封闭式大跨屋盖气弹模型设计中必须考虑气承刚度的相似性模拟,而调节模型内部容积则是模拟气承刚度最为有效的措施.

大跨屋盖风压场的本征正交分解与重构适应性研究

对3类典型屋盖(封闭式方形平屋盖、封闭式曲面屋盖和开合式曲面屋盖)进行了刚性模型风洞测压试验,分析了典型风向角下的平均及脉动风压系数分布.利用POD方法对3类屋盖的风压场进行了分解,并对平屋盖风压场进行了POD重建.结果表明:斜风向封闭式平屋盖的POD分解性能最优,开合式曲面屋盖次之,封闭式曲面屋盖最差.3类屋盖的第1阶POD特征向量均反映平均风压系数分布,45°风向角下封闭式平屋盖的第2阶POD模态可以较好地反映锥形涡分量,而其他类型屋盖的高阶特征向量则反映风压场的局部分布.风压场的POD重建具有不平衡的性能,对于相同测点,模态数越多,其重建效果越好.对于不同测点相同模态数,测点脉动风压系数越大,其风压重建效果越好.

大跨度封闭式柱面屋盖脉动风荷载非高斯分布试验研究

在大气边界层风洞中对一大跨度封闭式柱面屋盖结构进行刚性模型同步测压试验,获得了结构表面测点在36个风向角下的风压数据,根据测试结果对结构脉动风荷载非高斯分布规律及其形成机理进行了分析。通过对结构表面测点脉动风荷载概率密度分布曲线与标准高斯分布曲线对比分析,发现结构表面受特征湍流影响显著部位,其测点脉动风荷载非高斯分布特性比较突出;通过对测点间脉动风荷载相关性分析,发现特征湍流影响显著部位,大尺度漩涡不满足独立同分布,相关性较强,风压信号表现为非高斯特性。以试验研究为基础,通过测点脉动风荷载测试信号的斜度值和峰态值累积概率分布曲线,得到累积概率为80%对应的斜度值和峰态值,并以此为标准,划分了该柱面屋盖表面高斯与非高斯区域,发现不同风向角下,在迎风前缘来流撞击位置以及结构边角附近为非高斯区域,气流平稳位置为高斯区域。