大跨索膜結構的風振和災害力學分析與研究.pdf

1、大跨索膜張拉結構 (如拉索屋面、拉索塔桅、懸索橋等) 作為現代化的新興結構已成為大跨空間結構的發(fā)展方向。這類柔性結構的一個顯著特點是，索和膜不具有彎曲剛度，結構對外荷載的抵抗是通過改變自身形狀來實現的。所以結構的變形比較明顯，而且結構剛度與變形相關，表現出明顯的強幾何非線性特點。此外，這類屋蓋結構的重量通常都比較輕；膜結構自不待言，懸索結構一般也均采用輕屋面構造。這些特點決定了張拉結構對風荷載的作用十分敏感，風是起決定性作用

2、的外荷載。在風荷載作用下易產生較大的振動和變形，最易產生旋渦脫落共振響應和空氣動力失穩(wěn)，其中橫風向振動是主要的振動方向。這類災難國內外已發(fā)生多起，引起了國內外學者嚴重的注意。鑒于這類結構風致動力響應問題的研究至今還十分薄弱，本文在前人工作的基礎上對其進行了更深入的分析、研究和發(fā)展，具體內容包括在非線性結構的等效線性化、橫風向旋渦脫落共振響應與空氣動力失穩(wěn)的規(guī)律和計算公式等方面，最終為實現工程的實用化打下基礎。本文首次建立

3、了振動過程中的彈性模量修正公式(動力等效模量)，即動力分析問題中的Ernst等效彈性模量修正公式 (其在拉索屋面、懸索橋等索的靜力位移修正中廣泛使用) ，為非線性結構動力分析的等效線性化奠定了理論基礎。在利用時程分析方法進行大量試算，并通過曲線擬合找出了線性結構與非線性結構之間橫風向旋渦脫落共振時的風速差 (或旋渦脫落周期差△Ts)與索截面特性EA/L 的曲線關系，確定了非線性結構等效線性化后的頻率或周期誤差修正范圍值。

4、深入分析了索穹頂結構的橫風向旋渦脫落共振特性，以線性二力拉桿取代其中部分索單元，索垂度引起的非線性位移由作者首次建立的動力等效模量加以修正。深入分析了索穹頂結構的空氣動力失穩(wěn)(橫風向馳振) 特性，以線性二力拉桿取代其中部分索單元，索垂度引起的非線性位移由作者首次建立的動力等效模量加以修正。此外，受上海市科委的項目資助，結合實時的地面氣象觀測資料，建立了三種災情預測模型方法(灰色模型GM、自回歸～滑動平均模型 ARMA、人工