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《大跨度空间结构风荷载模拟技术研究及程序编制》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、大跨度空间结构风荷载模拟技术研究及程序编制第7卷第3期2001年9月[文章编号]100626578(2001)0320003209空 间 结 构SPATIALSTRUCTURES.7No.3VolSep.2001, 董石麟2(11, 上海 200092; 21浙江大学土木工程系, 浙江 杭州 310027)[摘 要] 对大跨度空间结构而言,风荷载是结构设计中的主要荷载之一,尤其是对柔性大跨度结构体系,它比地震荷载显得更重要。本文采用自回归过滤技术,考虑三维空间相关性,对具有随机性的脉动风荷载进行有效的模拟;并采用超松弛迭代法求解大型多自由度结构风荷载模拟中的回
2、归系数矩阵。最后,将该数值模拟技术应用于国家大剧院大跨度双层空腹网壳结构的随机风荷载模拟,表明该方法可应用于大型大跨度空间结构的风荷载人工模拟。[关键词] 大跨度空间结构;风荷载人工模拟;自回归过滤技术;超松弛迭代法[中图分类号] TU312+11[文献标识码] A1 引 言在时域内对结构进行风激励动力时程分析就必须得到相应的风速曲线。目前,记录到的强风作用过程应用于实际工程还不能普遍实———————————————————————————————————————————————现。因而,人工模拟风速曲线是解决问题的有效方法。相对于高层、高耸建筑而言,大跨度空
3、间结构风荷载的作用有以下特点:(1)风荷载作用效果不同。对多、高层建筑而言,由于结构层间刚度及整体刚度均很大,风荷载下一般不存在局部稳定问题,局部效应不明显,只需研究强度及整体变形;对高耸结构,虽然层间刚度不弱,但整体刚度较小,在风荷载作用下,结构在顺风向及横风向的振动较为明显,但由于结构振动具有很明显的一维特性,其分析相对简单一些;对大跨网壳结构,结构整体刚度较弱,结构对风荷载在结构表面不同地方的分布情况是非常敏感的,有可能存在动力稳定问题。[收稿日期] 2001204230[作者简介] 李元齐(1971—),男,湖北云梦人,同济大学副研究员,主要从事大跨度
4、空间结构分析理论的研究。3(3)空间相关性的考虑。对高层、高耸建筑而言,风荷载的相关性只考虑沿建筑物高度相关即可,但对大跨度空间结构,由于结构三维尺寸接近,必须考虑三个方向的空间相关性。(4)需模拟的节点多。敏感,必须针对每一个节点进行时域、。(5)对一些轻、柔的大跨度空间结构体系,。因此,对大跨度空间结构体系而言,高耸建筑的风速模拟有所不同,,另一方面,风荷载的分布———————————————————————————————————————————————也极为重要。2 风荷载模拟理论目前,国内外对风速时程的模拟方法主要是CAWS(ConstantAmpl
5、itudeWaveSuperposi2[5,6],对tion)法、WAWA(WaveswithWeightedAmplitude)法及线性回归滤波器法。研究表明大型工程结构而言,其自由度是非常大的。特别是大型空间结构,对风荷载的三维分布都比较敏感,必须精确模拟各点的风谱。CAWS法与WAWA法计算量巨大,所产生的风速过程不能考虑时间相关性;Solari提出的线性回归滤波器法很容易求出模型参数,但模型精度受风谱的变化影响,风谱的差异越大,精度越低;Iwatani提出的线性回归滤波器法具有较好的普适性,但模型参数一般采用迭代、递推的方法求解,容易产生并累积误差,导
6、致模型的精度不够。本文采用改进的Iwatani提出的线性回归滤波器法。下面给出生成随机风速时程曲线算法的关键步骤及相应公式。(1)求回归系数采用AR法推广到模拟多维风速过程的技术,M个相关的随机风过程[u(t)]=[u1(t),…,uM(t)]T可由下式生成:p[u(t)]=∑[7k=1k][u(t-k?t)]+[N(t)](1)式中,[u(t-k?t)]=[u1(t-k?t),…,uM(t-k?t)]T;N(t)=[N1(t),…,NM(t)]T,Ni(t)为均值为0、具有给定协方差的正态分布随机过程,i=1,…,M;[7k]为M——————————————
7、—————————————————————————————————×M阶矩阵,k=1,…,p。对任一空间点i(i=1,…,M)具有时间差的随机风过程ui(t)与ui(t-k?t)的协方差可表示为iiRu[k?t]=E[{u(t-k?t)-iE[u(t-ik?t)]}{[u(t)-iE[u(t)]}](2) 由于ui(t)与ui(t-k?t)为均值0的平稳随机风过程,其协方差的值仅为时间差的函数,式(2)可改写为:iiRu[k?t]=E[u(t-ik?t)u(t)](3) 在式(1)同时右乘[u(t-k?t)]=[u1(t-k?t),…,uM(t-k?t)]
8、,并两边同时取数学期望(均值),考虑到
