矩形平面气承式膜结构平均风荷载与风响应特性研究

作     者：武岳 张时为 赵军宾 Yue Wu;Shiwei Zhang;Junbin Zhao

作者机构：哈尔滨工业大学结构工程灾变与控制教育部重点实验室哈尔滨150090 哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨150090 中建一局集团第三建筑有限公司北京100161 

基　　金：国家自然科学基金项目(52078163) 

出 版 物：《钢结构（中英文）》 (Steel Construction（Chinese & English）)

年 卷 期：2024年第39卷第2期

页      码：50-57页

摘      要：气承式膜结构是典型的风敏感结构,在风荷载作用下膜面会产生较大变形,抗风问题是制约膜结构发展的重要因素。为了研究矩形平面气承式膜结构的风荷载特性,设计并制作了6个不同的刚性模型,利用尖劈、粗糙元和锯齿挡板对A、B、C共3类地貌进行模拟,在大气边界层风洞中进行了矩形平面气承式膜结构刚性模型测压试验,分析了风向、矢跨比、长宽比以及地面粗糙度等因素对结构表面平均风压分布的影响,并计算了结构在不同风向角下的风力系数。基于风洞试验获得的风荷载数据,在有限元软件ABAQUS中对原型尺寸的矩形平面气承式膜结构进行了风振响应分析,膜面选用M3D4R单元建模,拉索选用T3D2单元建模,研究了不同风向角下结构的平均风响应特性,总结了风荷载作用下膜面的位移及应力分布规律,确定了出现位移极值及应力极值的位置,最后提出了适用于矩形平面气承式膜结构的风荷载体型系数分区方案,并给出了不同分区的建议取值。研究表明:矩形平面气承式膜结构的平均风压系数受风向和结构长宽比的影响较大,受地面粗糙度影响较小;长宽比越小,上吸区的风压越小;随矢跨比增加,迎风区正风压系数增加,上吸区负风压减小;0°风向角下矩形平面气承式膜结构的风力系数最大;0°及45°风向角下,矩形平面气承式膜结构的迎风面及顶部变形较大,90°风向角下迎风面变形较大而顶部变形较小;0°及90°风向角下,结构两侧与中部连接的凸起部位应力较大,45°风向角下迎风面拐角处出现明显褶皱并伴随应力集中;0°风向角下位移及应力均最大,90°风向角下位移及应力均最小;建议0°和90°风向角下矩形平面气承式膜结构风荷载体型系数采用5分区形式,45°风向下采用7分区;0°及90°风向角下结构分区风荷载体型系数受矢跨比影响明显,45°风向下结构分区风荷载体型系数受长宽比影响明显。

主 题 词：气承式膜结构 风洞试验 非线性有限元分析 平均风响应 分区风荷载体型系数 

学科分类：081405[081405] 08[工学] 081402[081402] 081304[081304] 0813[工学-化工与制药类] 0814[工学-地质类] 

D　O　I：10.3724/j.gjgS23051802

馆 藏 号：203127130...