考虑气弹效应的大跨度柔性索网结构实用抗风设计方法

大跨度柔性索网结构作为张力结构的代表类型，具有重量轻、阻尼低等特点，对风荷载非常敏感，风荷载往往是该类结构设计的控制荷载。大变形、非线性效应及气弹效应等因素导致传统结构的抗风设计理论和计算方法很难直接应用。相比而言，大跨度柔性索网结构抗风设计方法的研究还有待不断完善。本项目主要针对考虑气弹效应、大变形、非线性效应的索网结构抗风设计的几个关键问题进行研究。拟采用CFD数值模拟和风洞试验相结合，明确典型索网结构非定常风荷载分布特性；利用几个典型悬索屋盖结构气弹模型风洞试验考察气动弹性作用机理，并探讨考虑非线性效应时等效静风荷载计算方法及等效原则的选取。通过本项目的研究，建立大跨度柔性索网结构非定常风荷载特性分析模型，给出气弹模型风洞实验的非线性相似律，明确气动弹性作用机理及描述方法，从而逐步完善大跨度柔性索网结构实用抗风设计方法，促进该类结构进一步应用和发展。

本课题主要针对典型鞍型索网结构表面非定常风压场及风致响应参数化计算方法进行研究，利用风洞实验同步测量的风压数据，全面展开典型鞍型索网屋盖表面平均风压场及脉动风压场分布特性的研究，详细考察地貌类型、风向角、大变形及非线性效应等因素对风压场及风致响应的影响规律，深入刻画流动分离、流动再付及锥形涡等复杂湍流特征，为大跨度柔性索网结构实用抗风设计方法的不断完善提供素材。. 依据项目研究计划，首先对底部开敞和封闭的典型鞍型屋盖表面非定常风压场特性展开全面精细化分析。封闭鞍型屋盖表面风压场主要表现风吸力作用，在鞍型高点区域由于流动分离导致风吸力很大，而底部开敞的鞍型屋盖由于湍流再附的影响产生风吸力逐渐过渡到风压力的分布特征。底部开敞鞍型屋盖的风压比底部封闭情况在大部分测点处有明显改变。由于底部敞开减弱了钝体绕流的堵塞作用，使得对应点处风力有所减弱。底部封闭鞍型屋盖的脉动风压能量主要集中在折减频率小于0.3范围内，而底部开敞鞍型屋盖脉动风压在高频段的能量要高于底部封闭情况。在项目研究计划中，关于围墙等因素对屋面风压场分布特性的研究具有创新性，实用性较强。. 针对柔性索网结构风致响应计算过程中大变形、非线性的特点，对其脉动风致响应分析的特点展开全面的参数化分析，详细总结其风致响应特征及规律，考察底部开敞、风速大小等因素的影响规律。底部开敞鞍型索网屋盖上典型结点处位移响应时程幅值比底部闭合情况有所减小；位移响应功率谱峰值对应的频率基本不变，但峰值有所降低。 索预拉力大小对结点位移响应的影响较为明显。随着索预拉力的增加，位移响应时程逐渐减小；功率谱呈降低趋势，且峰值发生偏移；位移响应均方根呈近似线性减小。 随着风速的增加，鞍形索网位移响应均方根呈正比例增加，位移时程响应对比分析表明位移幅值也逐步增大。. 基于柔性索网结构非定常风压场及脉动风致响应的精细化研究，完善柔性索网结构风荷载及脉动响应理论分析框架，逐步建立大跨度柔性索网结构实用抗风设计方法。