大跨索网结构风振系数分析.pdf

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1、第25卷第3期华中科技大学学报(城市科学版)VOI．25No．32008年9月J．ofHUST．(UrbanScienceEdition)Sep．2008大跨索网结构风振系数分析魏德敏，李杰超(1．华南理工大学a．土木工程系；b．亚热带建筑科学国家重点实验室，广东广州510640：2．广东外语外贸大学，广东广州510420)摘要：大跨索网结构广泛应用于工程实际，该结构的风振系数是结构抗风设计的重要参数。本文以双曲抛物面椭圆平面索网结构为研究对象，通过三维有限元风振响应时程分析，得到了索网结构在不同矢跨比、阻尼比下的风振响应特点

2、和风振系数的变化规律，由此给出一些有意义的结果和结论。关键词：大跨索网结构；风振系数；有限元分析；风振响应中图分类号：TU352．2；TU311-3文献标识码：A文章编号：1672—7037(2008)03—0017—032O世纪80年代至今，大跨索网结构从计算在实际工程设计中，人们通常将复杂结构的理论到设计施工已经取得了较大的进步，但与网动力响应问题转化为静力响应问题求解。这一思架和网壳结构的研究和应用比较，其发展相对较想可以通过风振系数来实现，譬如用风振系数乘慢，原因在于索网结构的设计计算理论研究相对以高层高耸结构静力响应

3、得到结构的风振响应。滞后，还缺少高质量的实用计算设计程序和专业但是，索网结构动力响应与风荷载呈非线性关系，的施工队伍。特别是索网结构的动力响应分析还在这种情形下采用荷载风振系数理论上存在缺有许多亟待解决的问题I1J，譬如结构与风荷载陷。因此，对于大跨悬索体系应当确定其响应的的耦合问题。因此，大跨索网结构的风振响应研风振系数J。究是研究热点。一般来说，结构在风荷载作用下的响应包括为了方便工程实际应用，人们希望用一个或静力风响应和脉动风响应，而脉动风响应规律受几个风振响应系数来描述结构的动力效应，从而结构风荷载、阻尼比及矢跨比等因

4、素的影响L5．6J。确定对索网抗风设计起控制作用的响应量J。一索网结构抗风设计中，在保证精度的前提下，往些研究结果表明，索网结构的节点位移风振系数往采取“化动为静”的方法，将静力风作用效应及单元内力风振系数有一定的规律性，可以通过乘以动力增大系数作为脉动风作用效应，即：参数分析确定结构风振系数与结构参数、几何参Sw=,SSsw(1)数间的定量关系。本文对双曲抛物面椭圆平面索其中，Sw为等效风荷载作用效应，Sw为静风作网结构进行了三维有限元风振响应时程分析，得用效应，为风振系数。到了索网结构在不同矢跨比、阻尼比下的风振响索网结构

5、节点的最大、最小位移风振系数及应特点和风振系数的变化规律，然后根据索网结单元的最大、最小内力风振系数分别为：构风振响应系数分布均匀的特性，将总位移响应“=(U±。)／u(／zo~i与U同号)(2)最大的节点位移风振系数和总内力响应最大的索元内力风振系数作为结构的位移风振系数和内力“=(u+／~o．i)／v(_bu反号)(3)风振系数，统称为结构响应风振系数。在工程实际中，直接取这两个风振响应系数进行双曲抛物m=面索网结构的抗风设计。一(--a~。)／。(。与同号)(4)min=1风振系数．(±，)／(与反号)(5)其中，U为结

6、构平均风荷载引起位移，为结构收稿日期：2008．03．05作者简介：魏德敏(1955一)，女，四川资中人，教授，博士，研究方向为土木工程结构防灾减灾，dmwei@scut．edu．cn。基金项目：广东省自然科学基金(020940)。·18·华中科技大学学报(城市科学版)2008年脉动风位移方差，／z为脉动系数，Tw和分别—-◆一风压05晟大风振系数妊为总风荷载引起的单元内力增量的均值和方—●一风压05虽小风振系数蜷差。—-△一风压0．4最大风振系数—÷一风压0．25最大风振系数2算例分析—÷一风压0．4最小风振系数135791

7、1—．_风压0．25最节点号d,．1K振系数本文以双曲抛物面椭圆平面索网结构为研究对象，利用三维有限元风振计算理论，对索网结(b)副索位移风振系数构在不同风荷载、矢跨比、阻尼比因素影响下风图2不同风压下的位移风振系数振响应的特点和风振系数的分布进行了理论分析。该索网结构椭圆平面的长半轴和短半轴分别为a=40．0m，b=25．7II1，相应的矢高分别为非蓬～~△1／14A=5．6m，厂2=2．286m。单位宽度主索、副索折算面积及预拉力分别为：A1=652mm2／m，A2=370蚕_O—HH＼广一一茎mm2／m，Hl0=11一—

8、~1／175．86×10N／m，／-I20=12．0×10—4最小风振系数N／m。结构的节点编号如图1所示。876123226086—‘●卜一矢跨比l／2O虽节点号小风振系数"ll3己’＼坩n．图3不同矢跨比下主索的位移风振系数II68畦I担／2e‘8＼，憾／e746—_．—