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1、大跨空间网格结构风振系数探讨第7卷第2期2001年6月[文章编号]100626578(2001)0220003208空 间 结 构SPATIALSTRUCTURES.7No.2VolJun.2001何艳丽, 董石麟, 龚景海(上海交通大学空间结构研究中心, 上海 200030)[摘 要] 频域法是大跨空间网格结构风振响应实用计算的首选方法,而大跨空间网格结构是频率密集性结构,现在常规的模态分析法已不适合对大跨空间网格结构进行风振响应分析。我国现在仍是采用高耸或高层结构的荷载规范,只取结构的第一阶频率计算风
2、振系数,按此方法进行大跨空间网格结构的风振分析是很不合理的。本文根据模态对系统应变能的贡献,提出了一种简单、有效的方法来计算大跨空间网格结构的风振系数,并通过算例对所提出的方法进行了验证。[关键词] 空间网格结构;风振系数;频域[中图分类号] TU31113 [文献标识码] A1 引 言随着现代建筑美学的发展和使用功能的要求,现在的结构物跨度越来越大,屋面材料越来越轻,这些结构对风振的敏感性也越来越大。而我国现在仍是采用高耸或高层结构的荷载规范,只取结构的第一阶——————————————————————
3、———————————————————————————————频率计算风振系数,按此方法进行大跨空间网格结构的风振分析显然是(送审稿)中也没有包含网壳结构风振响应方面的有关条很不合理的。在《网壳结构技术标准》文,因此对这种结构提出一种实用而且科学的风振响应分析方法也就成了亟待解决的课题。现有的风振响应分析有时域法、频域法以及随机振动离散法[1]。时域法不能给出具有一定可靠度的统计结果,另外其样本数量和样本长度也很难确定,对于自由度数庞大的空间网格结构,随机振动离散法的计算量,现有的微机仍是很难对付。因此,
4、频域法是大跨空间网格结构风振响应实用计算的首选方法。大跨空间网格结构具有频率密集性,按照目前通常的方法,如果只考虑前几阶或者十几阶振型来进行大跨空间网格结构的风振响应分析,往往很难得到准确的结果,这就需要考虑多阶振型的影响。但对于大型的空间网格结构,究竟该考虑多少阶振型,[收稿日期] 2001202225[作者简介] 何艳丽(1973—),女,湖南澧县人,上海交通大学博士后,研究方向为空间网格结构。3?1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allright
5、sreserved.期就很难有一个系统且准确的选取方法。采用常规的频域分析方—————————————————————————————————————————————————————法,往往取前10～20阶振型,甚至是前30～40阶振型[2],但不能说明这就包含了所有的主要贡献模态。因为对于大型大跨空间网格结构来说,有时高阶频率的振型模态对其风振响应的贡献也占有很主要的地位。从大量的数值分析中发现,大跨空间网格结构风振分析中往往存在着一些高阶振型,它对风振响应的贡献比较大,但其频率却比较高。本文根据不同模
6、态对整个结构在脉动风作用下应变能的贡献多少来定义模态对结构风振响应的贡献,并提出了一种简单、有效的方法来计算大跨空间网格结构的风振系数。2 模态对结构系统应变能的贡献本文假定脉动风是零均值的高斯过程,大跨空间网格结构在风荷载作用下的运动方程为:?+P(t)(t)}+[K]{x(t)}=P(1)[M]{xβ(t)}+[C]{xα这里,[M]、[C]、[K]分别为结构的质量阵,阻尼阵和刚度阵,[K]取平均风荷载作用下结?(t)},{x(t)}分别为结构节点的加速度、构的线性化刚度矩阵;{xβ(t)},{xα速
7、度和位移矢量;P为平均风荷载向量;P(t)脉动风荷载向量。在工程上,通常将一定保证率的设计脉动风速下的系统均方响应作为系统脉动响应设计值。则结构的风振响应可表示为:θ}+{xΡ}{x}={x(2)(3)θ}为平均风荷载下结构的位移响应向量,可以其中,{x}为风荷载下结构总的位移响应向量;{x很容易通过求解静力方程得出;{xΡ}为结构在脉动风下的位移响应;Λ为峰值保证因子;{Ρx}为脉动风荷载下位移的均方响应向量。———————————————————————————————————————————————
8、——————脉动风作用下结构的风致动力响应,由背景响应和共振响应组成。背景响应又称为拟静力响应,可以当作静力作用,而共振响应又与背景响应成正比,Davenport根据大量的实测和时程计算模拟计算得到这个结构[3,4]。结构风致动力位移响应的标准偏差可表示成:nθ)?{Ρx}{xΡ}=Λ?sign(x{Ρx}={Ρx}back+{Ρx}reso=∑Ν?{Ρ}i=1iiback(4)其中,{Ρx}back为背景响应,{Ρx}res
