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1、博士學位論文基于風壓譜的大跨屋蓋結(jié)構(gòu)抗風設計理論研究與應用RESEARCHANDAPPLICATIONOFWIND-RESISTANTDESIGNTHEORIESOFLARGE-SPANROOFSTRUCTURESBASEDONWINDPRESSURESPECTRA蘇寧哈爾濱工業(yè)大學2018年3月國內(nèi)圖書分類號：TU393.3學校代碼：10213國際圖書分類號：624密級：公開工學博士學位論文基于風壓譜的大跨屋蓋結(jié)構(gòu)抗風設計理論研究與應用博士研究生：蘇寧導師：沈世釗教授副導師：孫瑛教授申請學位：工學博士學科：結(jié)構(gòu)工程所在單位：土木工程學
2、院答辯日期：2018年3月授予學位單位：哈爾濱工業(yè)大學ClassifiedIndex:TU393.3U.D.C:624DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringRESEARCHANDAPPLICATIONOFWIND-RESISTANTDESIGNTHEORIESOFLARGE-SPANROOFSTRUCTURESBASEDONWINDPRESSURESPECTRACandidate：NingSUSupervisor：Prof.ShizhaoSHENAssociateSupervisor:
3、Prof.YingSUNAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：StructuralEngineeringAffiliation：SchoolofCivilEngineeringDateofDefence：March,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)近年來已被廣泛應用于大型基礎設施、文化體育場所之中，由于其抗風設計理論的發(fā)展滯后于工程實踐，結(jié)構(gòu)抗風設計是這類
4、結(jié)構(gòu)設計建造中的重點和難點。尤其是這類結(jié)構(gòu)在風的作用下展現(xiàn)出復雜的空氣動力效應，風荷載的時頻特性難以用解析的形式表達。加之這類結(jié)構(gòu)往往具備空間受力特點，使得結(jié)構(gòu)的自振頻率較為密集，在風荷載作用下的高階模態(tài)貢獻突出，模態(tài)耦合效應顯著，無疑都增加了風振響應分析和等效靜風荷載估計的難度。在近十幾年來的研究和實踐中，國內(nèi)外學者和工程人員積累了大量針對典型大跨屋蓋結(jié)構(gòu)以及工程項目的抗風研究數(shù)據(jù)和方法，但仍缺少系統(tǒng)的整理、比較和分析，使得這些數(shù)據(jù)和方法在表達形式上過于復雜，難以被工程設計人員所掌握，無法直接有效地為工程實踐提供指導。本文在綜合考察時
5、域和頻域分析在抗風設計理論研究中的特點的基礎上，認為頻域方法在形成規(guī)范體系、數(shù)據(jù)庫應用方面具有巨大的潛力?；谶@個想法，結(jié)合大量典型大跨屋蓋結(jié)構(gòu)的風洞試驗數(shù)據(jù)，從頻域角度對屋蓋表面的脈動風壓進行了定量化研究，重點探討了不同特征湍流作用下的風壓譜模型參數(shù)的變化規(guī)律，建立了風壓譜模型參數(shù)與風振響應和等效靜風荷載的聯(lián)系，提出了一套基于風壓譜的大跨屋蓋結(jié)構(gòu)抗風設計理論。主要工作內(nèi)容包含幾個方面：(1)在對五種典型大跨屋蓋（平屋蓋、懸挑屋蓋、柱面屋蓋、球面屋蓋、鞍形屋蓋）的1730組工況18048個樣本的風洞測壓數(shù)據(jù)進行頻譜分析的基礎上，總結(jié)出一
6、種形式統(tǒng)一的風壓譜工程模型。該模型的參數(shù)既能夠定量描述特征湍流作用下的脈動風壓場特性，具有較為明確的物理意義，又具有合理穩(wěn)定的分布范圍，為后續(xù)的應用奠定了基礎。(2)結(jié)合自然激勵的濾波表示法，將風壓譜工程模型應用于結(jié)構(gòu)風振響應分析中，建立風壓譜模型參數(shù)與結(jié)構(gòu)風振響應的聯(lián)系，提出了一種高效、精確的大跨屋蓋結(jié)構(gòu)風振響應算法。在探討模態(tài)組合方法對計算精度影響的基礎上，提出了一種簡化的CQC方法及簡化原則，以在保證計算精度的基礎上提高計算效率。(3)基于對等效靜風荷載概念的理解，從頻域角度探討背景、共振效應的內(nèi)涵，推導出“點狀剛性”結(jié)構(gòu)的基準等
7、效靜力狀態(tài)，并建立其中的背景、共振效應系數(shù)與風壓譜模型的聯(lián)系，提出了“陣風響應包絡法”以表達大跨屋蓋結(jié)構(gòu)的等效靜風荷載。(4)對上述五種典型大跨屋蓋的不同的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)形式，進行了23940組-I-哈爾濱工業(yè)大學工學博士學位論文工況的參數(shù)化風振響應分析，考察了屋蓋幾何特征、來流條件及結(jié)構(gòu)參數(shù)對背景及共振效應系數(shù)的影響。并通過統(tǒng)計分析，總結(jié)了典型屋蓋結(jié)構(gòu)等效靜風荷載的取值建議。(5)在上述研究的基礎上，結(jié)合工程設計人員和抗風研究人員在大跨屋蓋結(jié)構(gòu)抗風設計中的基本任務，開發(fā)了相關的軟件功能模塊，并將其集成為大跨屋蓋結(jié)構(gòu)抗風設計軟件（WRDS
8、）。其中，將風壓譜建模作為一種高效的風洞試驗數(shù)據(jù)預處理及數(shù)據(jù)壓縮手段，并將風壓譜模型參數(shù)作為數(shù)據(jù)訓練及預測、風振響應分析、等效靜風荷載估計、隨機模擬等功能模塊的重要輸入?yún)?shù)，為大數(shù)據(jù)時代大跨屋蓋結(jié)構(gòu)的智能化
