大跨空间结构抗风抗震关键理论问题

本项目集中研究大跨空间结构领域的两个前沿理论课题：（１）索膜结构风振机理研究。要建立起较为合理的能反映这种三维柔性体系气动力效应的风振理论框架；也要平行地开发CFD数值模拟（数值风洞）技术，力求达到对三维流固耦合问题的计算分析。（２）网壳结构在强震作用下的动力稳定性和失效机理研究。要建立起较完整的网壳动力稳定性分析的理论框架，包括理论概念、判别准则和分析方法；要研究网壳在强震作用下的塑性发展过程， 2100433B

大跨空间结构承受的风荷载时空特性复杂，其响应具有多振型参与、多模态耦合和多场耦合的特点，一直是国际风工程界关注的热点问题。以往研究多以满足结构抗风设计为目标，较少关注结构的风致动力灾变过程，而对其动力灾变行为的研究是实现基于性态的结构全寿命设计的基础。为此，本研究将采用现场实测、风洞试验、CFD数值模拟和理论分析等方法对大跨空间结构的风致响应开展全方位研究，力求在以下几方面实现突破：1）构建城市近地风统计模型和以特征湍流为本质特征的结构表面风荷载统计模型；2）依据结构的风致灾变特点，分别对刚性结构的疲劳累积损伤效应，柔性结构的流固耦合效应和围护结构的连续破坏效应等问题进行系统研究；3）以前面两部分工作为基础，研究大跨空间结构的动力灾变全过程行为，揭示结构的风致动力破坏机理；并将成果集成于数值平台。本项目研究是对现有研究成果的一次高度集成，也是对已有抗风理论的一次超越。

大跨空间结构的抗风问题具有风荷载时空特性复杂、响应参与振型众多，以及多模态耦合和多场耦合等特点，是国际风工程界关注的热点和难点。本研究采用现场实测、风洞试验、CFD数值模拟和理论分析等方法对大跨空间结构的风致响应的多个方面开展研究，并在以下几方面取得了创新性成果：1）构建城市近地风统计模型和以特征湍流为本质特征的结构表面风荷载统计模型；2）依据结构的风致灾变特点，建立了围护结构风压极值的计算理论，进一步完善了风振响应的计算理论，提出了指导工程设计的等效风荷载取值；3）以前面两部分工作为基础，研究大跨空间结构的动力灾变全过程行为，揭示结构风致动力破坏机理；并初步形成数值集成平台。 2100433B