大跨度空间结构以其轻巧优美的特征被广泛应用于公共建筑。但由于结构跨度日趋增大导致结构柔性化，使其对风荷载十分敏感，另一方面结构与流体间相互作用产生的特征湍流对其表面风压脉动载特性影响较大，导致结构易发生风致振动。因此，准确计算风荷载对大跨结构抗风设计至关重要。此外，大跨结构跨度和长度远超出设计规范的规定，目前积累的典型大跨屋盖结构抗风设计所采用的数据和方法难以直接有效地指导工程实践，导致结构抗风设计是这类结构设计的重点和难点。 结合上述问题，本文采用风洞试验、数值模拟、理论分析等手段对大跨三心圆柱面屋盖结构表面风压脉动特性进行了研究，讨论了脉动风压谱特性和脉动风压空间相关性，在此基础上给出了简化的风压峰值因子计算方法，并分析了结构风振响应特性。主要内容包括以下几方面： （1）开展了不同体型的大跨三心圆柱面屋盖结构的风洞试验和数值模拟研究，分析了该类结构在全风向作用下，矢跨比、长宽比和开洞对屋盖表面风压分布特性的影响，并获得了风荷载体型系数建议取值。结果表明屋盖迎风边缘和屋顶均表现出较大的风吸力；降低结构矢跨比使得屋盖表面整体风吸力减小；开洞可以显著削弱结构表面的风吸力，但由于开洞工况均组合了屋盖开洞，所以内压系数需采用局部风压系数反映内压分布特性。 （2）基于脉动风压谱经验模型和脉动风压谱曲线几何特征，建立了脉动风压谱模型，各参数数学意义明确。通过比较各参数分布特性和风压分布特性，明确了各参数的物理意义。此外，基于三参数概率密度分布特性统计得到各参数的众值，给出了统一的风压谱模型，与试验结果和数值模拟结果对比验证了风压谱模型的准确性和适用性。 （3）采用时域法和频域法研究了脉动风压空间相关性，结果均表明随着空间距离增大脉动风压空间相关性趋于弱相关，在频域内风压空间相关性随着频率增大而减弱；并结合脉动风荷载的时空特性，提出了脉动风荷载三维空间相干函数模型，为计算风振响应奠定基础。 （4）基于脉动风压空间相关性和标准化风压系数概率密度分布，探讨了风压非高斯特性产生的原因，统计分析了屋盖不同高度处风压时程峰度和偏度的分布，以此划分了屋盖表面风压高斯区和非高斯区；依据本文提出的风压谱模型给出了谱矩显式表达式，同时进行了各参数的简化分析，给出了一种简化的风压峰值因子计算方法。 （5）基于风洞试验结果分析了结构静风荷载作用下位移分布规律，其次采用时域法计算了结构风振响应，研究了结构风致振动响应谱特性。依据静位移和动力响应计算了位移风振系数，给出了大跨三心圆柱面屋盖表面各区域风振系数建议取值，为该类结构抗风设计提供依据。 |
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