屋盖结构扩展LRC等效静风荷载方法研究及软件开发

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屋盖结构造型独特各异,具有重量轻、跨度大、刚度低等特点,结构对风荷载敏感,在该类结构设计中,风荷载往往起主要控制作用。屋盖结构一般为空间受力体系,自振频率密集,振型空间分布复杂,振型间具有明显的耦合效应,其风致动力特性复杂。结构节点杆件众多,所关心的目标响应也很多,传统的单目标等效方法难以实现对多个响应的等效,导致了等效静风荷载的不确定性。本文针对屋盖结构抗风设计中风致动力特性复杂、等效静风荷载不确定性的问题展开研究,对比分析了多种风振响应分析方法及等效静风荷载计算方法,并集成开发了屋盖结构抗风设计软件平台。主要研究内容如下:针对屋盖结构的风振响应,在时域内和频域内讨论了多种风振响应分析方法,并对屋盖结构实际工程进行风振响应分析。结果表明:扩展的荷载响应相关法ELRC(Extended Load-Response Correlation Method)是一种较为精确的风振响应分析方法,其计算精度等同于CQC法;LRC-IWL法计算精度比CQC法略低;荷载响应相关法LRC(Load-Response Correlation Method)和SRSS法计算精度较差。针对屋盖结构控制点不明确、等效静风荷载不确定性等特点,以屋盖结构实际工程为例,分析了考虑加权约束方程时多目标-POD法、多目标-ELRC法及分区-多目标法的等效风压分布及等效响应精度。结果表明,加权约束多目标-POD法等效风压分布合理,但等效响应精度略低;加权约束多目标-ELRC法等效响应精度高,但等效风压极值偏大;以少量的分区脉动风压为荷载分布基本向量的分区-加权约束多目标方法,其基本向量能很好的描述屋盖风场特性,采用该方法得到的等效静风荷载分布合理,分区风压变化均匀连续,等效响应精度高,且便于工程应用。计算屋盖结构的等效静风荷载,可选择分区-加权约束多目标法。在上述研究的基础上,应用Matlab App设计工具,集成开发了屋盖结构抗风设计软件平台(WRDP)。WRDP平台可根据结构特点选择适用的方法求解屋盖结构的风振响应和等效静风荷载,并对计算结果进行可视化显示。以屋盖结构实际工程为例对WRDP平台进行软件测试,验证了WRDP平台的适用性与有效性。集成化的WRDP平台具有计算速度快、计算精度高、结果可视化等优点,采用该软件进行屋盖结构抗风设计,能有效减少屋盖结构抗风设计的周期。
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