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随着经济的发展,社会的进步,涌现出各种轻质高强材料,使得人们对大空间的需求变得更容易实现。大跨网壳结构是众多空间结构形式中具有代表性的一种,大量运用于机场、体育场、会展中心等大型空间结构。但由于结构自身质量轻、阻尼小等特点,致使结构在风荷载作用时,动力响应十分明显,因此风荷载往往在大跨结构设计中是被控制的主要因素,而设计规范关于大跨空间网架结构的内容还十分有限,且不够成熟。
本文以某体育场为背景,探讨大跨网架在风荷载作用下的风致响应规律,采用风洞试验和数值模拟相结合的方法,主要进行了以下几项工作:⑴通过大跨屋盖模型的测压模型试验分析了大跨屋盖结构表面风压分布规律,并计算了其不同情况下结构的风载体型系数。⑵总结了现有的随机风场模拟方法,以及每种方法的特点和考虑的主要因素,并以Matlab软件为平台,选用了其中一种方法模拟本文中体育场周围的随机风场。⑶以Ansys软件为平台,对大跨度屋盖结构进行了动力学分析,包括模态分析、功率谱分析、时程分析等,总结风向角、地面粗糙度、高阶振型、阻尼比、基本风压等参数对大跨网架结构风致响应的影响规律,找出大跨网壳的最不利风向角和薄弱部位,并计算了该结构的风振系数。⑷对大跨网壳结构进行气动弹性模型风洞试验,验证动力学数值模拟结果,并为结构设计提供指导。