抗风索张弦拱桁架风振响应分析.pdf免费

第f一届全围现代结构丁程学术研讨会 抗风索张弦拱桁架风振响应分析 田 帅 白正仙 谢伟伟 (北京上业大学城市与上程安全减灾教育部重点实验．窀’北京100124) 提要： 本文用线性滤波器法的自回归法(AR法)来模拟具有随机性、时『日J相关性、空间相关性的多维脉动风速时程，讨 论抗风索张弦桁架在动风荷载下的抗风性能。本文研究成果对抗风索张弦桁架结构的实际应用提供一定理论基础， 为其他预应力大跨结构的风振反应计算提供参考。 关键词： 脉动风；抗风索：张弦拱桁架；抗风性能 一、引言 张弦桁架结构作为一种大跨度预张拉自平衡体系，因其具有结构简单、传力明确、施工方便等特点， 目前已在大跨结构中得到了一些应用。风荷载是大跨结构设计中需要考虑的重要荷载之一，在多数情况下比 地震荷载还要重要，有时会对结构的设计起控制作用。张弦拱桁架结构质量轻、柔性大、阻尼小、自振频 率较低等特点，同时因往往比较低矮，在大气边界层中处于风速变化大、湍流度高的区域，这使得其风振 响应可能成为控制其结构设计的关键因素。另外，张弦桁架结构矢跨比一般较小，在风荷载作用下会产生 向上的吸力，在风吸力过大时下弦索应力变小，甚至出现下弦索松弛，结构很容易受到破坏。抗风索张弦 拱桁架是在普通张弦桁架结构上方布设一条索，以抵抗风吸力过大时下弦索应力松弛。 通过风速观测记录表明瞬时风速由周期在十分钟以上的平均风和周期在几秒钟的脉动风组成，AR法就 是将脉动风看做是平稳随机过程，利用均值为零的白噪声随机序列通过线性滤波器米模拟，此方法不但精 度和稳定性好并且计算量小、速度快、能够反映自然风的特点。 二．结构模型 一·：口1叫1关j三 本文参考广州国际会展中心张弦桁架结构的构件尺寸建立有限元模型，跨度为126．6m，张弦上弦桁架 上下弦之间的腹杆为中325×7．5mm截面的钢管，抗风索撑杆采用三角支粲，支架与上弦腹杆在同一平面并 和上弦杆及腹杆连接。模型所用钢材的密度为7850kg／m’；泊松比取0．3；所有的杆件弹性模量均为2．1× 105MPa，所用索弹性模型为1．9×10诩Pa；模型左端为滑动支座，右端为固定铰支座。本文基础模型抗风 索高度取1．7m，抗风索撑杆数为11个，下弦索初始预拉力为2580kN。抗风索撑杆高度和抗风索撑杆数目 作为参数变量来分析动风荷载对结构的影响。 有限元模型如下图所示： 454 工业建筑2010增刊 第十届全阳现代结构下稃学术研讨会 图1有限元模型 三．脉动风模拟 本文采AR法借助于matlab编程模拟具有随机性、时间相关性、空间相关性的多维脉动风速时程。模 经过快速傅立叶变换得到功率谱密度函数与Davenport谱比较如下图所示： 节点16脉动风速 图2模拟脉动风谱及吻合比较 从上图中可以看出除了在频率在0-0．15之间有较大误差外，大于0．15的高频部分模拟的脉动风速谱 与Davenport谱吻合的很好，由于低频部分在目标谱中的比例很小，所以用AR法模拟的脉动风速很好的反 映了自然风速随时间和空间的变化的特点，能够作为自然风来研究对结构的效应。 脉动风具有时间和宅问的相关性，上弦杆不同节点模拟的风速都不同，而相近节点的空间相关性较大， 因此将风速转化为风荷载作用在拱桁架上弦节点时，根据风速和风压转化公式将风速转化为风压，将拱桁架 上弦相邻四个节点围成的矩形做为风压相同的面，作用面上的风压即为四个节点的平均风压，将风压作用 在面上计算出节点力即为风荷载作用在节点上的力。 工业建筑2010增刊 455 第十届全国现代结构J二程学术研讨会 四．是否布设抗风索对结构抗风性能影晌分析 为了方便比较是否布设抗风索对结构抗风性能的影响，取某一瞬时(6s时)结构的上弦拱桁架