悬挂网壳结构的风振响应分析

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悬挂网壳结构是一种新型的混合吊挂结构体系,它是由外部的拱架通过拉杆将结构主体吊挂起来,之后再由连接至地面的拉索将其固定,形成一种整体稳定的组合结构。这种结构自重轻,降低对周边或者内部支撑结构的要求,大幅度提升了对内部空间的需求,大大减少了施工成本。由于结构完全悬挂的特性,使得其对风所产生的作用十分敏感,但是现阶段对于这种结构的风振特性和实用抗风设计方法等一些方面的结论分析还不是很完善。因此,了解悬挂网壳结构的自振和风振特性,以及分析各种参数对其响应的影响,最后总结并提出一套较为完善的实用抗风设计方法,使其可以应用到实际工程设计中去就显得十分重要。本文通过阅读大量的国内外相关文献,对悬挂网壳结构风振响应分析过程中所能用到的一些理论基础,如结构自振特性分析、平均风和脉动风的基本特性、风速时程模拟、风速与风压的转换、风载体型系数和风振系数的计算等,进行了较为系统的理论探讨,为后面进一步对结构进行的自振和风振特性分析奠定基础。以葫芦岛兴城市国际比基尼广场悬挂挑蓬为背景,对结构的自振特性进行了分析,了解到悬挂网壳结构的频谱比较密,振动现象很乱,伴随着水平振动和竖向振动,极特殊的还有点扭转振动,在振动叠加需要考察多阶振型。对结构的自振特性进行了系统的参数分析,掌握屋面荷载、拱架截面尺寸、拉杆截面尺寸、拉索索力这些参数在一定范围内变化时,结构自振特性的变化规律。然后,以AR法为理论基础,采用MATLAB编写并模拟了结构整体的水平脉动风速,之后将模拟出的风速转化为风压,在通过有限元分析软件ANSYS对其进行分析计算,并从中选出了代表结构不同区域的四个节点和杆件,考察上述不同参数对其计算结果的影响,得出的结论表明不同参数对悬挂网壳结构的影响程度不同,其中屋面荷载和拉索索力对结构风振响应影响较大,而拱架截面尺寸和拉杆截面尺寸的影响就相对不是很明显。考虑到现行的抗风设计规范也并不适用于悬挂网壳结构,因此结合之前的悬挂网壳结构的风振特性分析结果,计算并分析结构的风振系数,通过提取整理得到了可以应用于实际工程的整体风振系数,基本完成了一种较完整的适用于悬挂网壳结构实用抗风设计方法,为以后的实际工程抗风设计提供参考。
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