大跨空间结构抗风研究新进展与展望
大跨桥梁钢主梁抗风性能的高效计算方法研究
大跨 桥梁 结 构 比较 轻柔 ， 构行 为 特 征 不 同 于 结 短跨桥 梁 ， Ｔ程 建设 面临着 诸多 技术挑 战 ， 中最 其 其 为关键 的是设 计 风速 下 结 构 的抗 风 安 全 性 ， 其 是 尤
气 动 弹 性 失 稳 。 因 此 ， 设 计 过 程 中 必 须 对 其 抗 风 在 性 能 进 行 研 究 。 目前 ， 理 风 洞 试 验 是 桥 梁 气 弹 响 物 应 的 主 要 研 究 方 法 ， 随 着 空 气 动 力 学 理 论 和 大 规 但
ＬｉＨｕｏＪ ａｎｇ Ｚｈｅｎ ｇｕ ｇ Ｋａｉｅｎ Ｇｏｕ Ｃｈａｏ ｆ ｇ
（ ｃ ｏ ｆＣｉｉ Ｅｎ ｎｅ ｒｎ Ｓ ｈｏ ｌ ｖｌ ｇｉ ｅ ｉｇ，Ｓｏ ｔ ｗｅｔＪａ ｔｎ ｉｅ ｓｔ ｏ ｕ ｈ ｓ ｉｏｏ ｇ Ｕｎｖ ｒｉｙ，Ｃｈ ｎ ｄ ０ ３ Ｃｈｎ ） ｅ ｇ ｕ ６ ０ １ １， ｉａ
型 。最 后 应 用该 方 法研 究 了不 同形 式 铜 主 梁 的抗 风 性 能 。 关 键 词 ： 跨 度 ； 梁 ； 子 玻 尔 兹 曼 方 法 大 钢 格
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大跨径悬索桥风致振动及抗风措施
大跨径悬索桥风致振动及抗风措施摘要：悬索桥以主缆为主要承重结构具有跨越能力大、雄伟壮观、造型优美等优点而成为大跨径桥梁结构首选桥型之一。
但随着跨度的增大，悬索桥的刚度变小，对风的敏感性越来越大，对抗风要求也越来越高。
大跨度悬索桥在风荷载的作用下，主要构件会产生各种形式的振动。
简述了国内外悬索桥抗风的发展和研究历史，分析了悬索桥风致振动的形式，并提出增强结构刚度、抑制风致振动的抗风措施。
关键词：大跨径悬索桥、风致振动、抗风措施1 前言悬索桥是以缆索为主要承重结构的桥梁结构，由于其强大的跨越能力，成为跨越宽大江河、海湾的首选桥型之一。
我国修建悬索桥的历史久远，早在千年之前，四川就已出现竹索桥。
明清时期，在我国西南地区，修建有诸多铁索桥，有些索桥至今仍在使用，著名于世的有贵州盘江桥和四川泸定桥。
在国外，也存在古老的悬索桥，如麦地海峡桥和克里夫顿桥。
20世纪初，国外欧美等国家经历了工业革命，加上悬索桥计算理论的初步形成，使悬索桥得到迅速的发展。
由于缺乏对空气动力学的研究，1940年，美国塔科马桥被风摧毁而倒塌。
此后十年，悬索桥的建设进入了停滞期。
在塔科马老桥风毁后，人们意识到悬索桥抗风设计的重要性，开始进行很多风洞试验以探索悬索桥抗风措施。
抗风研究阶段后，世界各国为了适应日益增长的交通量和经济发展，兴起了修建大跨径悬索桥的高峰。
我国在90年代后，国家加强基础建设水平，悬索桥的发展迅猛，东南沿海地区地区和长江内河等地修建了诸多大跨度的悬索桥，如今建设已经走在了世界的前列。
但悬索桥由于跨径的增大，刚度减小，柔性问题突出，承受风荷载的能力逐渐减小，极易被风摧毁。
悬索桥的风毁破坏属于脆性破坏，破坏前是难以预测和预警。
因此，深入了解桥梁与风作用后效应，进行科学合理的抗风设计，采取有效的抗风措施提高桥梁的抗风能力，对于悬索桥的建设和发展具有十分积极的现实意义。
2 大跨度悬索桥风致振动形式风是指空气由于太阳加热不均匀而引起的流动，具有一定的速度与方向。
大跨度空间管桁架结构施工技术
大跨度空间管桁架结构施工技术随着社会经济的发展和科技的进步，大跨度空间管桁架结构在建筑工程中得到了广泛的应用。
这种结构的施工过程涉及到多个环节和复杂的工艺，因此对施工技术提出了较高的要求。
本文将探讨大跨度空间管桁架结构的施工技术。
一、大跨度空间管桁架结构概述大跨度空间管桁架结构是一种具有独特魅力的建筑形式，其优美的曲线和宏伟的跨度为城市景观增添了新的元素。
这种结构由许多直杆或弧形杆组成，通过节点连接，形成了一种既具有刚度又具有美感的结构形式。
在建筑工程中，大跨度空间管桁架结构被广泛应用于体育场馆、会展中心、机场等大型公共建筑。
二、施工技术要点1、施工准备施工准备是确保工程顺利进行的前提。
在大跨度空间管桁架结构的施工过程中，首先要进行技术准备，包括熟悉图纸、编制施工方案、进行技术交底等。
同时，还要进行现场准备，包括平整场地、布置材料和设备等。
2、钢构件制作钢构件的制作是大跨度空间管桁架结构施工的关键环节之一。
钢构件的制作精度和质量直接影响到结构的安全性和稳定性。
因此，在制作过程中，要严格控制钢材的材质、尺寸、焊接质量等。
同时，要对制作好的钢构件进行质量检验，确保符合设计要求。
3、钢构件运输及安装钢构件运输及安装是大跨度空间管桁架结构施工的关键环节之二。
由于钢构件具有重量大、尺寸大、形状复杂等特点，因此对运输和安装提出了较高的要求。
在运输过程中，要合理安排运输路线和运输方式，确保钢构件的安全到达。
在安装过程中，要采用专业的起重设备和安装工人进行操作，确保钢构件安装的位置和精度符合设计要求。
4、现场焊接现场焊接是大跨度空间管桁架结构施工的关键环节之三。
由于大跨度空间管桁架结构的节点较多，因此需要大量的现场焊接工作。
在焊接过程中，要采用高质量的焊接材料和焊接工艺，确保焊接质量和安全性。
同时，要对焊接完成的焊缝进行质量检验，确保符合设计要求。
5、结构调试与验收结构调试与验收是大跨度空间管桁架结构施工的最后环节。
大跨度桥梁非线性静力抗风研究
横 向 、 向和扭 转 方 向的分 力 系数 ． （ ） 规 律 变 竖 按 １式
Ｐ ＝ Ｉ２ Ｖ Ｃ （ ） Ｍ ／ｐ ２ Ｍ 口 ｄ
１
（） １
其中 ， ｜ 空气 密 度 ， Ｂ 分别 为梁 截 面 的 高 Ｄ为 Ｊ Ｄ、
度 和宽度 ， Ｈ ａ 、 ｖ ａ 、 Ｍ ａ 分 别 为 风 荷 载 在 Ｃ （ ）Ｃ （ ） Ｃ （ ）
建委科 技 基金 项 目“ 跨 度 桥 梁 非 线 性 静 力 分 析 ” 大
两 个类 型 中 ， 屈失 稳 属 于特 征 值 问题 ， 以通 其 压 可 过求 解 特 征 值 的 方 法 计 算 ． 溃 失 稳 属 于极 值 问 压 题 ， 以通 过 求 解 极 值 的方 法计 算 由于 计 算 桥 梁 可 的 非线 性 静风 失 稳需 要 考 虑结 构 的 初始 应力 ， 因此 按 广 义特 征 值 问题 求 解 静 力 失 稳 临界 风 速 有 一 定 的 困难 因此 ， 该按 极 值 问题 求解 ． 应
化 的风 荷 载可 能 引起 桥 梁 发生 一 种新 的失稳 形式 ， 即弯 扭耦 合 失 稳 ．
１２ 静 风稳 定 理 论
通 常 稳定 问题 可 以分 为 压 屈 失 稳 和压 溃失 稳
果表 明 ， 大跨 度 桥 梁 的静 力抗 风 问题 不 容 忽 视 ， 对 于 重要 的桥 梁 ， 进行 非 线性 静 风 稳 定性 验 算 ． 应
中图分 类号 ： １ ９ ３ ２ １Ｊ ｒ ． ７
大跨高低塔斜拉桥桥塔抗风性能试验研究
大跨高低塔斜拉桥桥塔抗风性能试验研究作者：郭峰康福军任勇勇来源：《西部交通科技》2023年第10期作者简介：郭峰（1979—），工程师，主要从事路桥设计与施工管理工作。
为研讨大跨径斜拉桥桥塔的抗风性能，文章以某大跨度斜拉桥为研究背景，对高桥塔进行有限元动力特性分析，并制作了缩尺比为1∶100的桥塔气动弹性模型，在模拟的均匀流、紊流场中进行风洞试验。
研究表明：桥塔在0°～60°风向角下未出现涡振，在75°和90°风向角下出现小幅顺桥向涡振和扭转涡振；桥塔在各风向角下未出现明显的抖振和驰振响应。
该研究可为桥塔裸塔状态的抗风性能研究提供参考。
斜拉桥；桥塔；风洞试验；气动弹性模型；抗风性能U443.38A4515050 引言在自然灾害中，风灾不仅发生最为频繁，而且会给结构造成巨大的破坏。
塔科马大桥因颤振而破坏后让桥梁工程师开始意识到风致振动的危害性［1］。
桥梁结构的阻尼和刚度随着桥梁结构跨径的增大及桥塔高度的增大而不断减小。
在风荷载的作用下，大跨径桥梁极易发生风致振动，出现抖振、驰振和涡激共振等现象。
桥塔是缆索结构的主要承重体系，是斜拉桥结构体系的重要组成部分，对于大跨径斜拉桥而言，桥塔的风致振动可能决定其设计和施工，尤其是当桥梁处于裸塔状态时，桥塔本身作为一种细高柔结构，对风的作用更为敏感，桥塔的抗风性能将成为设计方案比选的重要因素之一。
因此，桥塔的抗风性能开始成为人们关注的重点，相关学者针对桥塔进行了一系列的研究。
贺媛等［2］对裸塔状态下五种形式的桥塔抗风性能进行了比较分析；谢瑜轩等［3］对四川遂宁涪江六桥初步设计方案的对称A型桥塔开展了抗风性能研究；周奇等［4］针对象山港大桥在斜风下倒Y形和钻石型桥塔自立状态抖振性能进行了对比研究；杨树成［5］对大跨度桥梁的桥塔的静力三分力系数开展了研究；陶齐宇等［6］对宜宾长江大桥的H形桥塔进行了气动力系数风洞试验研究。
然而，针对大跨径斜拉桥的桥塔的抗风性能研究还是很少。
大跨径斜拉桥抗风稳定性研究
大跨径斜拉桥抗风稳定性研究摘要：伴随着我国桥梁跨径的不断延展伸长，对于柔性较大的斜拉桥来讲，在设计时需要考虑风致效应产生的空气动力问题，对应问题需要多方面因素出发提出风振控制手段措施，以保证大跨径斜拉桥具有足够的抗风稳定性。
关键词：大跨径桥梁；风致效应；气动措施中图分类号：TU 13 文献标志码：A 文章编号：1940年塔科马海峡大桥发生严重风毁事件，引发了国际桥梁工程界及空气动力界的极大关注，这也标志着自此为桥梁风工程研究的起点，使得在桥梁设计之中开始考虑桥梁风致效应的严重性。
由此可见风致效应对大跨径桥梁有着极其重要的作用，桥梁在抗风方面的研究也有着举足轻重的意义。
明确大跨径斜拉桥在抗风设计中的设计要点；找到大跨径斜拉桥不同设计参数对结构气动稳定性的影响；根据风致振动的机理，能够采用相应的结构措施、气动措施、机械措施来提高桥梁的抗风性能[1]，具有重要工程价值及研究意义。
1 桥梁风致灾害实例2020年5月5日下午15时左右，连接珠江两岸的广东虎门大桥发生了异常的抖动现象，悬索桥桥面晃动不但感知明显，影响了行车的舒适性及交通安全性，且其振幅在监控中显示为波浪形，幅值过大。
这件事情引发了不单有我国桥梁工程专业的广泛关注，在社会中也激发了广大人民群众的激烈讨论及反响。
此次虎门大桥的异常晃动并没有发生一定的损失，相关部门也立即采取措施，对虎门大桥进行双向封闭管制，对虎门大桥也进行了紧急的全面检查检测，交通运输部也组建了专家工作组到现场进行研究指导。
随着我国大跨径桥梁的发展建设，桥梁风害也时有发生，例如广州九江公路斜拉桥在施工过程中吊机被8级大风吹倒进而砸坏主梁；江西长江公路铁路两用桥吊杆发生涡激共振；上海杨浦大桥斜拉索的风雨振引起的拉索索套严重毁坏等[3]。
灾害的发生时刻警醒着人们，大跨径斜拉桥的设计中有关抗风设计日益成为焦点；桥梁风害的问题的重要性，促使着人们对桥梁风致效应的研究不断深入。
2 桥梁结构的风致效应桥梁结构的风致效应十分复杂，它受结构的形状、刚度、风的自然特性以及二者相互作用的影响。
大型公共建筑抗风关键技术研究与工程应用项目公示内容-长沙理工大学
大型公共建筑抗风关键技术研究与工程应用项目公示内容项目名称：大型公共建筑抗风关键技术研究与工程应用；主要完成人：李秋胜，傅学怡，陈伏彬，李宏伟，黄生洪，何运成，卢春玲，闫渤文，阳洋，张明亮，胡尚瑜，义君，舒臻孺，杨鸥；主要完成单位：香港城市大学，湖南大学，宁波杉工结构监测与控制工程中心有限公司，中国科学技术大学，长沙理工大学；申报奖种：科学技术进步奖。
项目简介：结合现场实测、风洞试验、数值计算和理论分析方法，深入系统地研究了大型公共建筑的风效应及相关问题,发展了大跨结构抗风设计的关健技术,研发了多种结构健康监测新设备及新技术,创立了几种大跨建筑结构新体系, 成果已广泛应用于实际工程,产生了重大的经济效益和社会效益。
主要创新1.采用多种监测手段，在东南沿海地区对边界层风场进行了长期的实测，得到了具有重要科学与工程意义的研究结果,建立了多种地貌类别的强/台风边界层风场模型，为结构抗风设计提供了科学依据,填补了国内外空白,已应用于多座大跨度场馆的抗台风设计。
提出了近地风速修正的标准化方法，提高了气象预报及风速统计的准确性。
2.通过多座大跨建筑结构强/台风效应的实测研究，揭示了大跨结构风荷载及风振响应特征，提出了大跨结构抗风设计的阻尼比取值范围，应用于多个实际工程。
3.研发了拥有 14 项专利的结构健康监测新设备及新技术，其性能指标达到了国际先进水平，己国产化生产及广泛应用。
4.在比前人更大的湍流尺度条件下，研究了湍流绕钝体的分离、附着、涡列发生的机理，揭示了钝体表面极值负压产生的机理以及湍流对钝体表面风压的影响,提出的风压概率模型能更准确预测峰值风压，已应用于大跨结构设计。
5.通过大量风洞实验，对大跨结构风致破坏进行了深入研究，揭示了风致内压变化规律及其引起大跨覆盖层破坏的机理,为大跨结构的抗风安全设计提供了科学依据。
提出了大跨结构高精度空间风荷载和风致响应计算及优化设计方法。
成果应用于多项实际工程,取得了重大的经济效益。
大跨度结合梁斜拉桥抗风稳定分析
［ （ ６ ．） ／， — ｂ ］６ １ — ５ ｘ—７ ， ｂ ＋ ０ ｏ ￣／
（） ３
式中： 田为截 面形状系数 ； 为扭转基频 ； 为
竖 向 弯 曲 基 频 ； 为 桥 宽 的 一 半 ；＝、 ， ； ６ ｒ ／／ ｍ
＝ ／ｐ ｚ ， ｍ￣ ｂ； 分别为单位长度梁的质量与惯性矩。 ｍ、
桥 址 位 于 甘 肃 省 兰 州 市 西 固区 新 城 镇 ，线路
收 稿 日期 ：０ ２ ０ — ７ ２ １— ３ ２
作者简介 ： 李林（９ ０ ） 男 ， １７ 一 ， 甘肃 兰州人 ， 高级 工程 师， 事桥 从 梁设 计工作 。
面； 钢横 梁采 用 ２２ ０ｍ ８ ｍ×７０ｍ × ０ ２ ） ｍ× ０ ｍ ２ （８ ｍ １ ｍ工 字型截 面 。斜拉 索 采用 直径 ７ｍ ６ｍ ｍ镀 锌 低 松 弛 平 行 钢 丝 束 ， 大 索 长 １９２ １ｍ， 索 与 水 最 ８ ．０ 边 平 面最 小 夹 角 为 ２ ． １ 。 ２９ 。 ７
簧＝ｒ Ｂｅ ｆ ｏ
（ ２ ）
式中 ： 为全桥宽 ｉ 为基本扭转频率 ； ＝ ．・ 野 ５ ２ 、 ／ ，称为西欧多森数的倒数 ； 为单位长度 桥梁与空气密度 比； ６ ｒ 为惯性半径 比。 ／ 当桥梁发生弯扭耦合颤振时 ，其临界风速常
用克 罗 伯公 式计 算 ：
以 ＝
５ ０ｍｍ×１ ０ ｍ×５ （ ０ ｍ ０ ０ｍ ０ ０ ８ ） ｍ×２ ８ｍｍ工字 型截
式 中： Ｋ为 综 合 安 全 系 数 ， １ ； 考 虑 风 速 取 ． 为 ２ 脉 动影 响 和水 平 相关 特性 的系 数 。根 据计 算 结 果 ， 主 梁 成 桥 状 态 颤 振 检 验 风 速 ［ ＝ ０ｍｓ 主 梁 施 Ｖ， ４ ／， ］ 工 状态 颤 振检 验 风速 ［＇＝ ．４Ｖｒ ３ ． ｍｓ Ｖｃ Ｏ８ ［ ＝ ３６ ／。 ｒ ］ ］ ２２ 颤 振 临界 风 速 ． Ｈ ｒ ｇ 建 议 的桥 跨 结 构 颤 振 临 界 风 速 实 用 ｅｚ 所 ｏ 公 式 如下 ：
大跨结构网壳结构课件
防腐处理：钢材表面 应进行防腐处理，以 提高结构的耐候性和 使用寿命。
通过以上施工方法和 步骤、施工技术与要 点以及质量控制与验 收标准的严格执行， 可以确保大跨结构网 壳结构的安全、稳定 和耐久性，满足建筑 物的使用需求。
04
工程实例和案例分析
大型体育场馆网壳结构分析
结构特点
大型体育场馆网壳结构通常采用钢结构或钢混结构，具有 大跨度、轻质、高强等特点。其形态多为穹顶或双曲面， 以实现良好的空间效果和视线通透性。
特殊形状网壳结构工程实例
1 2 3
结构创意
特殊形状的网壳结构往往具有独特的建筑造型和 象征意义，对结构设计和施工技术提出较高挑战 。
工程实例1
某球形网壳结构的文化中心，通过优化结构设计 和施工方法，实现了轻盈的球形外观与内部功能 的完美结合。
工程实例2
某异形网壳结构的展览馆，采用参数化设计和先 进的3D打印技术，呈现出极具未来感的建筑造 型。
• 计算机辅助设计：借 助计算机技术和有限 元分析方法，网壳结 构的设计和分析更加 精确、高效，为复杂 形态网壳的实现提供 了有力支持。
• 施工技术成熟：网壳 结构的施工技术不断 成熟，如整体吊装、 分块组装等方法，提 高了施工效率和质量 ，降低了工程成本。 同时，随着3D打印技 术的发展，网壳结构 的施工技术也将迎来 新的突破。
网壳结构的未来发展方向和挑战
超大跨度网壳结构
随着工程技术的进步，未来网壳结构 将向更大跨度发展，以满足特殊工程 需求。
绿色、环保材料
在网壳结构的设计和建造过程中，将 更加注重绿色、环保材料的应用，降 低结构对环境的影响。
抗震、抗风等性能提升
针对地震、风灾等自然灾害，加强网 壳结构的抗震、抗风性能研究，提高 结构的安全性。
大跨度空间网壳结构设计方法
0 引言随着计算机技术和优化设计理论的发展，大跨度空间网壳结构的设计方法也在不断演进和完善。
通过对结构的受力分析、结构形态与几何参数的关系等方面进行研究，可以找到合理的设计方法，提高结构的性能和经济性。
贾水钟等[1]在太原植物园水上餐厅建筑的设计中选用了胶合木空间桁架结构，说明了空间桁架结构的可行性与优越性。
王其良等[2]人对长沙洋湖卓伯根商业综合体项目双曲面网壳结构抗震性能进行了分析，研究发现结构的自振频率随模态阶数的增加分布密集，主要振型以竖向振动为主且对称分布；受力过程中产生的位移主要为竖向位移，水平方向的位移相对较小，且结构竖向位移由四周向中间逐渐变大，中心位移值最大，大跨度空间网壳结构有着良好的抗震能力。
严仁章等[3]利用ANSYS 有限元软件对索拱桁架－单层柱面网壳结构线弹性屈曲特征值和极限承载力进行了计算分析，证明了大跨度空间网壳结构的稳定性。
大跨度空间网壳结构的设计方法研究具有重要的理论和实践意义。
本文将通过深入探讨不同方面的设计方法，为相关领域的研究者和工程师提供有益的思路和经验，推动大跨度空间网壳结构的发展与应用。
1 工程概况本文以上海前滩22-01地块商业办公楼项目为研究对象，该项目位于上海市浦东新区三林镇107街坊1/22丘，建筑面积124 000m 2，采用大跨度空间采光顶钢架结构，如图1所示。
2 大跨度空间网壳结构大跨度空间网壳结构是由网格状结构组成的建筑结构，具有较大的自由度和刚度。
大跨度空间网壳结构通常由多个互相连接的杆件形成，这些杆件由高强碳素钢板焊接而成。
杆件互相之间采用坡口焊进行连接，虽然是四边形网格，但保持足够的强度和刚度，这种均一性的结构增加了外观上的装饰性，同时也保持较高的承载能力[4]。
大跨度空间网壳结构具有以下特点：（1）大跨度：相比传统的建筑结构，大跨度空间网壳结构可以实现更大的无柱空间覆盖，减少了内部柱子的使用，增加了空间的灵活性和利用率。
（2）轻量化：大跨度空间网壳结构采用高强度材料制造，并具有空间中面与面之间互为支撑的特点，具有较轻的自重，可以减少地基的要求，降低了工程造价。
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１８６・ 工程科技
大跨空间结构抗风研究新进展与展望
蔡丽
（哈尔滨工业大学建筑设计研究院，黑龙江哈尔滨１５００００）
摘要：在工程的研究中，有一项极为重要的研究课题，自其开展以来一直都是关注的焦点，即关于大跨空间结构的抗风效应的研
究。在过去对大跨空间结构的抗风研究中，大多都是以空间结构的抗风设计作为研究的对象，而很少有人深入到对风致动力的灾变过程
的研究中，但实际上这项研究更具有科学价值。这篇文章就是根据当前的理论成果来对大跨空间结构的抗风研究进行深入探讨的，并提
出了一些具有关键作用的研究理论，以供参考。
关键词：大跨空间结构；抗风；研究；进展；展望
我国的大空间抗风工程研究经历了一个漫长而又艰辛的历史
过程，通过长时间的研究和总结，也取得了一定的成果。在这一工程 中，人们已经对空间结构在动力的作用下发生的线形行为有了一定 程度的了解，并且还将其作为理论基础，重新制定出了空间结构的 设计规范和流程。但是，近年来，由于经济的发展和社会的不断进 步，建筑的需求也发生了明显的改变，其空间的结构跨度呈现出明 显增长的趋势。随着跨度的不断加大，材料体系的不断变化，以及新 材料的逐步深入应用，以往被忽略不计的能够对空间结构产生一定 影响的因素的重要程度也发生了潜移默化的变化。要想提升大跨空 间结构的抗风能力，降低风致破坏程度，就必须要对现有的计算理 论进行重新的、深刻的审视，对其造成灾害的动力灾变的整个过程 进行详细的梳理，从而对其中所存在的原理进行揭示。 １大跨空间结构的风致动力效应概要 大跨空间结构的风致效应存在着特殊性，可以从以下几个方面 进行阐述： １．１风荷载的复杂时空特性 在高层空间结构中，其表面的风压主要是受来流的特性所控制 的，所以可以依照风速谱，同时通过气动导纳来进行修正，就能够直 接得出建筑表面的各点所承受的压力。但是，由于大跨空问结构的 表面各点多数都处在其气流的再附区域以及分离区域，因其自身的 特性所引起的湍流能够对风荷载进行控制。而这就需要我们对大跨 空间结构的实际适用性进行深入的思考和审视了，同时还要与风洞 试验的数据和实际的观测资料相结合，从而制定出一套能够有效的 确定其动力风致效应的办法。 ｌ－２响应参振众多和多场耦合效应的特点 在高层建筑结构的振动中，产生的多数都是第一阶振型，它的 响应也可以通过第一阶振型来反应。大跨空间结构归属于多次超静 定的体系中，而风致动力的响应通常是由多个振型共同参与完成 的，这就表示，高阶振型有可能成为主导的振型。所以，对振型的判 断是一项较为严密的工作，如何准确的判定出其主导的振型，并且 正确的估算出各个振型之间所产生的耦合效应，已经成为了在对大 跨空问结构的抗风研究中最具有关键性的问题。除此以外，由于很 多的柔性体系。如膜、索等空间构件在风荷载的强烈作用下很容易 发生形变问题，严重的还会对周围的流场的布局产生影响。在这种 情况下，我们对空间的结构振型进行分析时还要考虑到流固祸合效 应的存在与否。 １．３空间结构的风致动力失效的原理还不明朗 在强烈的台风作用下，大跨空间结构所形成的破坏可以分为以 下ｉ类：嗣护结构破坏；在刚性结构中存在着在强风荷载下形成疲 劳损伤以及累积破坏；而对于柔性结构则可能出现气弹失去稳定性 的破坏。在我国，对上述这三种问题的研究还存在着一定的问题，在 很多方面都还比较薄弱。造成这一现象的主要原因是当前在风工程 界中对前两项问题的研究都还存在着不成熟的特点，所以我们在对 风致灾害的全过程进行模拟试验时还是遇到了很多的困难。而导致 这一现象形成的原因是多方面的，由于以上所述的三种破坏之间还 存在着耦合效应，所以，我们很难对已经被破坏掉的空间结构进行 明确的判别。 ２大跨空间结构的风致动力灾变过程与机理研究现状与展望 大跨空间结构在沟台风作用下的破坏可大致归纳为三种类型： 围护结构连续性破坏：刚性结构在往复荷载作用下的疲劳累计损伤 破坏；柔性结构可能出现的气弹失稳破坏。对于以上三种破坏行为
的研究目前还相当薄弱。
２．１围护结构的连续性破坏效应
在旋涡脱落产生的法向吸力的循环作用下，局部区域ｆ特别是转
角、边缘和屋脊部分）的风荷载会很大。这些局部区域的围护结构ｆ刚
性屋面板和柔性膜材）容易发生破坏，导致屋面板被掀开或者薄膜
局部区域的撕裂，并将导致结构内压的突然增大及相邻区域的风压
分布发生巨大变化。正是这两个原因导致了围护结构的连续性破
坏。有关专家提出风致瞬态内压的传递方程，也得到了类似的内压
传递方程，并给出相关频率的确定方法。
２．２疲劳累计损伤破坏
以往对大跨空间结构动力研究在材料本构方程的描述上多采
用线弹性形式，没有考虑材料损伤累积、材料断裂的影响，这使得我
们无法对结构的疲劳寿命或在某次强护台风过后的损伤水平做出
准确估算，因此采用更加精确的材料本构模型是结构失效机理研究
的前提。有关专家采用雨流计数法、等效应力法和等效窄带法分别
计算了高耸结构的风致疲劳累积损伤。有学者采用雨流计数法分析
了单层球面网壳的整体疲劳破坏。由于风荷载在时间、空问上均具
有随机性，并且风荷载在结构表面并非全部是平稳正态过程，结构
应力响应也不服从正态分布，因此结构应力响应的概率分布以及越
界峰值应力概率分布的计算方法成为结构疲劳破坏的另一个难点。
２．３柔性结构的气弹失稳破坏
柔性空间结构的流固祸合问题非常复杂，而且关于桥梁、航空
器结构的气弹稳定理论并不能完全适用于薄膜结构的气弹稳定分
析。只能在借鉴这些研究结果的基础上，结合薄膜结构的特点分析
其气弹稳定机理。有关学者采用时程分析方法实现了薄膜结构的
静、动力全过程分析，指出膜材摺皱对结构动力性能的改变和结构
安全性的影响是十分重要的。另有学者采用解析方法首次确定了典
型薄膜结构的失稳临界风速。虽然国内外许多学者致力于此类结构
的风振研究，但研究成果很少，目前只是对其失稳机理在定性上有
比较一致的观点，在定量分析上还没有形成一套成熟的解决思路。
结束语
大跨空间结构的抗风研究涉及到风荷载、风效应以及动力灾变
行为等多方面内容，应综合采用现场实测、风洞实验、理论分析、数
值模拟等多种研究方法，力求在若干关键理论问题上实现突破，以
系统构建大跨空间结构的抗风设计理论体系。当前研究的重点包
括：结构的动力响应多模态藕合效应、流固藕合效应以及连续性破
坏效应；目标是提出相应的分析模型和方法；在此基础上研究大跨
空间结构在沟台风作用下的风致动力灾变过程，其中包括围护结构
的连续性破坏过程、刚性结构的疲劳累积损伤过程、柔性结构的动
力气弹失稳破坏过程，最终揭示其破坏机理。
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