索膜結構在豎向脈動風影響下的風振響應研究

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孫芳錦，等：索膜結構在豎向脈動風影響下的風振響應研究

索膜結構在豎向脈動風影響下的風振響應研究＊

孫芳錦．張大明 殷志祥

（遼寧工程技術大學阜新１２３０００）

摘要研究索膜結構在豎向脈動風影響下的風振響應特性。脈動風既包含有水平脈動風速，又有豎向脈動風

速。對柔性較大的索膜結構，豎向脈動風作用將與水平風作用相疊加而使整個結構的風振響應增大。采用非線性

隨機模擬時程法，研究不同參數時索膜結構在單獨水平風作用下、單獨豎向風作用下、水平風和豎向風共同作用下

的風振響應特性；并比較水平風和豎向風引起的膜結構的風振響應值，找出二者對膜結構所引起的響應異同及規

律。一般情況下，水平風和豎向風共同作用引起的位移均值是單獨水平引起的位移均值的１．５７倍～２．９４倍。因

此，在研究索膜結構的風振響應時，必須考慮豎向脈動風的影響。

關鍵詞 索膜結構 豎向脈動風 隨機模擬時程法 風振響應

ＲＥＳＥＡＲＣＨ ｏＮ ＷＩＮＤ—ＩＮＤＵＣＥＤ ＲＥＳＰｏＮＳＥ ｏＦ ＣＡＢＬＥ—ＭＥＭＢＲＡＮＥ

ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ ＣｏＮＳＩＤＥＲＩＮＧ ＶＥＲＴＩＣＡＬ ＰＵＬＳＡＮＴ ＷＩＮＤ

Ｓｕｎ Ｆａｎｇｊｉｎ Ｚｈａｎｇ Ｄａｍｉｎｇ Ｙｉｎ Ｚｈｉｘｉａｎｇ

（Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｆｕｘｉｎ １２３０００）

ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ｉｔ ｉｓ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ ｗｉｎｄ ｉｎｄｕｃｅｄ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ ｃａｂｌｅ－ｍｅｍｂｒａｎｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｐｕｌｓａｎｔ

ｗｉｎｄ．Ｐｕｌｓａｎｔ ｗｉｎｄ ｉｎｃｌｕｄｅｓ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｗｉｎｄ ａｎｄ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｗｉｎｄ．Ａｓ ｆａｒ ａｓ ｃａｂｌｅ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉＳ ｃｏｎｃｅｒｎｅｄ．

ｒｅｓｐｏｎｓｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｕｎｄｅｒ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｗｉｎｄ ｗｉｌｌ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｗｈｅｎ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｗｉｎｄ．Ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ

ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｗｉｎｄ ｉｎｄｕｃｅｄ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｃａｂｌｅ－ｍｅｍｂｒａｎｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｕｎｄｅｒ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｗｉｎｄ，ｖｅｒｔｉｃａｌ ｗｉｎｄ，

ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ａｎｄ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｗｉｎｄ ｔｏｇｅｔｈｅｒ ａｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ，ｕｓｉｎｇ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｒａｎｄｏｍ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｉｎ ｔｉｍｅ ｄｏｍａｉｎ．Ｉｎ

ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｗｉｎｄ－ｉｎｄｕｃｅｄ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｖａｌｕｅｓ ｕｎｄｅｒ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｗｉｎｄ ａｎｄ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｗｉｎｄ ａｒｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ ａｎｄ

ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｓｉｍｉｌａｒｉｔｉｅｓ ａｎｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ａｒｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｒｕｌｅ ｏｆ ｗｉｎｄ ｉｎｄｕｃｅｄ ｒｅｓｐｏｎｓｅｓ ｏｆ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ

ｕｎｄｅｒ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｗｉｎｄ ａｎｄ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｗｉｎｄ ｉｓ ｆｏｕｎｄ．Ｉｎ ｇｅｎｅｒａｌ，ｔｈｅ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｍｅａｎ ｗｈｅｎ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｗｉｎｄ ａｎｄ ｖｅｒｔｉｃａｌ

ｗｉｎｄ ａｃｔ ｔｏｇｅｔｈｅｒ ｉｓ １．５７ ｔＯ ２．９４ ｔｉｍｅｓ ａｓ ｔｈｅ ｖａｌｕｅ ｗｈｅｎ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｗｉｎｄ ａｃｔｓ ｓｅｐａｒａｔｅｌｙ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｖｅｒｔｉｃａｌ ｗｉｎｄ

ｍｕｓｔ ｂｅ ｔａｋｅｎ ｉｎｔｏ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ ｗｈｅｎ ｓｔｕｄｙｉｎｇ ｔｈｅ ｗｉｎｄ ｉｎｄｕｃｅｄ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ ｃａｂｌｅ－ｍｅｍｂｒａｎｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．

ＫＥＹ ＷＯＲＤＳ ｃａｂｌｅ－ｍｅｍｂｒａｎｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｐｕｌｓａｎｔ ｗｉｎｄ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｒａｎｄｏｍ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ

ｗｉｎｄ—ｉｎｄｕｃｅｄ ｒｅｓｐｏｎｓｅ

方向一致，因而豎向風將增大整個結構的風振響應。

１概述

因此，在考慮索膜結構的風振響應時既要考慮風力

索膜結構具有柔性強，重量輕，剛度較小等特 的水平分量，又需考慮風力的豎向分量。但目前大

點，這決定了索膜結構對風的高度敏感性，風荷載是

多數研究者都只對索膜結構在水平脈動風荷載作用

索膜結構的主要外荷載，也是引起結構破壞的主要

下的動力響應進行了研究，而對豎向脈動風荷載作

原因。國內外由于風荷載引起結構破壞的實例并不

用下的研究比較少，這也成為索膜結構抗風設計不

罕見 。

準確的原因之一。因此研究豎向脈動風影響下索膜

風通常可以認為由平均風和脈動風組成。脈動

結構的風振響應具有十分重要的意義。

風是三維的風紊流，既有水平脈動風速，又有豎向脈

本文研究豎向脈動風影響下張拉索膜結構的風

動風速。對于像高層建筑結構、高聳結構等，水平分

振響應。利用隨機模擬時程方法研究索膜結構在單

量顯然起著決定性的作用，豎向分量只影響豎向軸

獨水平風作用下、單獨豎向風作用下、水平風和豎向

力，對結構沒有什么大的影響，一般可忽略＿２。］。但

風共同作用下的風振響應特性；并對由水平風和豎

是，對于索膜結構這樣的柔性大跨空間結構來說，情

形就大不相同了。因為在水平風力作用下，這些結

＊遼寧省教育廳基金資助項目（２０２１８３３９１）。

第一作者：孫芳錦女１９８１年１月出生博士研究生

構的響應垂直于結構表面，接近豎向＿４］。而在豎向

Ｅｍａｉｌ｛ｅ—ｄｍ＠１６３．ｃｏｒｎ

風作用下結構的響應方向又與由水平風引起的響應

收稿日期；２００６—０８—２５

Ｓｔｅｅｌ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．２００７（２），Ｖｏ１．２２，Ｎｏ．９２ ９