多目标等效静风荷载分析方法研讨.pdf

第十四届全国结构风工程学术会议论文集 多目标等效静风荷载分析方法研究 陈波1 杨庆山1 武岳2 沈世钊2 (1．北京交通大学土木建筑工程学院北京100044t2．哈尔滨工业大学土木工程学院，黑龙江哈尔滨1．S0090) 摘要本文针对大跨空间结构的风荷载和结构特点，在作者已提出的单一目标(就是等效目标，如某点位移 或者某杆件内力)等效静风荷载分析方法的基础上，提出了多目标等效静风荷载的分析方法，该方法的基本思想是： 将风荷载的本征模态和结构振型惯性力作为构造多目标等效静风荷栽的基本向量，根据最小二乘法，得到基本向量 的最优组合系数，从而得到针对多个等效目标的等效静风荷载．并将该方法应用于一大跨度拱结构，结果验证了本 文方法的有效性和精度． 关键词等效静风荷载、本征模态、结构振型、荷载响应相关系数法、多目标 1．引 言 等效静风荷载理论研究始于高层、高耸结构，经过过去40余年的研究，针对该类结构的顺风向 等效静风荷载分析方法已趋于成熟。1 创了等效静风荷载理论的研究【l】。风振响应可以分为平均响应、背景响应和共振响应三部分，相应 地，等效静风荷载也分为平均风量、背景分量和共振分量三个部分，其中背景分量采用LRC法分析 【21，共振分量用参与结构振动的主导振型惯性力表示，一些学者根据这一方法，对高层结构等效静 风荷载进行了一系列研究【3“】。 大跨空间结构呈现风荷载特性复杂，多振型参与风振的特点。将高层结构等效静风荷载分析方 法直接用于该类结构时，将涉及到诸多问题，如计算等效静风荷载共振分量时，涉及到主导振型选 择及多阶振型惯性力的组合问题；大跨空间结构存在众多关键响应，如各杆件内力、关键节点位移， 若按照既有方法，则意味着对应许多个等效静风荷载分布形式，这一问题本文称之为多目标问题。 近年来，一些学者开始试探借鉴高层结构中的最新研究成果，研究大跨空间结构的单一目标(如 最大位移或者最大杆件内力)等效静风荷载研究，分析时将其分为平均分量、背景分量和共振分量 等三个部分【5—7】。 研究大跨空间结构等效静风荷载，多目标问题是近年来困扰该理论发展的主要障碍之一。这一 问题的本质仍然是结构多振型参与振动的特点，由于这—特点，结构各位置响应不再同时达到最大 值，存在一定相位差，因此，若按照已有方法，必然导致：针对多个等效目标，就对应多个等效静 风荷载分布形式。为了解决这一问题，近年来，有部分学者开始相关方面的研究[8，9】。 本文在文献[8]所述方法的基础上进行改进，提出大跨空间结构的多目标等效静风荷载分析方 法，在着重解决大跨空间结构等效静风荷载多等效目标这一问题的前提下，使得到的等效静风荷载 尽量具有一定物理含义，能再现结构的风振特性。 2．单一目标等效静风荷载分析方法 文献【q在借鉴高层结构的等效静风荷载分析的基础上，并结合大跨空间结构自身的特点，将等 效静风荷载分为平均分量、背景分量和共振分量等三部分，此时，针对某单一目标的等效静风荷载 可表示为： 423 第十四届全国结构风工程学术会议论文集 {E}{_)+s劬(歹)·[％{露}+以{E)] (1) 其esign(r)表示平均响应，．的符号函数；讫、竹分别表示等效静风荷载背景分量{E}和共振 分量{c)的组合系数， ，厂————：—————_’，，厂————：—————一 、‘，(2) 、／(gB仃6)2+(g疗q)2 brTy丽忑g丽：rh(R丽g丙丽杉， √(g嚣仃6)2+(gR仃，)2 式中‰、繇分别表示背景响应和共振响应的峰值因子；吼和仃，表示背景响应和共振响应。 等效静风荷载的平均分量可用建筑物表面平均风压系数表示为： F(x，y，z)C。(x，y，z妒可 (3) 式中，C。@，y，z)表示点@，Y，z)处的风压系数；P一表示参考点处的参考风压。 基于LRC法和本征正交燃(POD法)【1 01，可以将等效静