考慮脈動風(fēng)速的平面剛架日光溫室結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)規(guī)律
<p>中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，（）： ：考慮脈動風(fēng)速的平面剛架日光溫室結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)規(guī)律姜迎春，白義奎王永剛王 毅（沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué) 工程學(xué)院，沈陽；沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利學(xué)院，沈陽；沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué) 信息與電氣工程學(xué)院，沈陽）摘要日光溫室骨架結(jié)構(gòu)屬輕型結(jié)構(gòu) ，跨度較大 ，對風(fēng)荷載較為敏感 。為解決風(fēng)荷載作用下日光溫室的動力響應(yīng)問題 ，確定骨架結(jié)構(gòu)危險截面的位置 ，基于 梁理論 ，提出平面剛架模型的日光溫室在風(fēng)荷載作用下的動力響應(yīng)分析的被研究塊體方法 。首先根據(jù) 梁微元體思想 ，設(shè)計被研究塊體的構(gòu)成方式 ；基于梁理論，推導(dǎo)出平面剛架模型的日光溫室鋼骨架結(jié)構(gòu)的控制方程 ，給出了算法的實現(xiàn)過程 。然后采用兩端自由的變截面梁的彎曲波傳播算例 ，驗證方法的有效性 。在數(shù)值模擬風(fēng)速 、實測風(fēng)速作用下分別對平面剛架模型的日光溫室骨架結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)進(jìn)行時程分析 ，得到鋼骨架的節(jié)點位移和截面應(yīng)力空間最大值的位置 。結(jié)果表明 ：位移的 次峰值分別在迎風(fēng)面高度 和 附近 ，鋼骨架中最危險的截面為溫室左端附近 ，應(yīng)力最大值為，彎曲應(yīng)力是引起應(yīng)力迅速增加的主要原因 。脈動風(fēng)荷載作用的節(jié)點位移和截面應(yīng)力明顯大于平均風(fēng)荷載作用的相應(yīng)值 。日光溫室鋼骨架結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)分析需要考慮脈動風(fēng)荷載的作用 ，且不能忽略彎曲應(yīng)力對截面內(nèi)力的影響 。關(guān)鍵詞日光溫室 ；波動方法 ；動力響應(yīng) ；脈動風(fēng)速 ；被研究塊體中圖分類號； 文章編號 （） 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 收稿日期 ：基金項目 ：國家自然科學(xué)基金項目 （）；中國博士后科學(xué)基金項目 （）；遼寧省博士啟動基金項目 （）第一作者 ：姜迎春 ，講師 ，博士 ，主要從事結(jié)構(gòu)動力分析與數(shù)值模擬研究 ，：通訊作者 ：白義奎 ，教授 ，博士生導(dǎo)師 ，主要從事設(shè)施環(huán)境工程研究 ，： ， ， ， （ ， ，； ， ，； ， ，） ， ， ， ， ， ， ， ， ， ： ； ， ， 第 期 姜迎春等 ：考慮脈動風(fēng)速的平面剛架日光溫室結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)規(guī)律 ， ； ； ； ；強(qiáng)風(fēng)或大雪等異常氣候條件可使溫室結(jié)構(gòu)出現(xiàn)嚴(yán)重變形 、失效倒塌，隨著溫室結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展 ，溫室結(jié)構(gòu)安全問題日益受到重視 ，對溫室結(jié)構(gòu)承載力的研究也逐步受到關(guān)注，風(fēng)荷載對結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)影響是溫室結(jié)構(gòu)設(shè)計需要考慮的一個重要問題。由于日光溫室鋼骨架結(jié)構(gòu)屬輕型結(jié)構(gòu) ，跨度較大 、骨架柔長細(xì)薄 ，使得日光溫室對風(fēng)荷載較為敏感 ，研究脈動風(fēng)荷載作用下的日光溫室動力響應(yīng)規(guī)律可為溫室的分析和設(shè)計提供參考 。目前 ，針對各種不同溫室結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能問題進(jìn)行了較多研究 。根據(jù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn) ，在風(fēng)荷載 、雪荷載及不同荷載組合作用下 ，對溫室結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形的計算方法及溫室結(jié)構(gòu)的變形量問題，考慮幾何 、材料非線性和結(jié)構(gòu)彈塑性時的溫室結(jié)構(gòu)最不利位置問題，考慮曲梁彎扭耦合變形特征的剛度矩陣 模 型 問 題，以 及 溫 室 的 風(fēng) 壓 系 數(shù) 值 等 問題進(jìn)行了研究 。對日光溫室高度 、跨度 、拱間距等幾何尺寸、不同的支座約束和骨架結(jié)構(gòu)形式等因素對日光溫室承載力的影響問題進(jìn)行了研究 ，分析了日光溫室骨架結(jié)構(gòu)的應(yīng)力 、位移及變形等特點 。進(jìn)一步研究薄膜的承載力及薄膜的預(yù)應(yīng)力對日光溫室結(jié)構(gòu)抗災(zāi)害性能的影響，材料非線性和幾何大變形對溫室結(jié)構(gòu)穩(wěn)定承載力的影響等問題。日光溫室結(jié)構(gòu)參數(shù)方面 ，設(shè)計了新型落地裝配式全鋼骨架 、新型滑蓋式節(jié)能日光溫室 、輕簡裝配式日光溫室 ，并對新型日光溫室骨架結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)和平面穩(wěn)定性進(jìn)行分析。上述研究中未考慮溫室結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)問題 。針對溫室結(jié)構(gòu)脈動風(fēng)效應(yīng)的研究較少 。文獻(xiàn)采用有限元方法對脈動風(fēng)作用下溫室結(jié)構(gòu)進(jìn)行了數(shù)值模擬 ，研究中僅對矩形框架的溫室結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究 。文獻(xiàn) 對風(fēng)振分析中的壓桿彎曲振動的動態(tài)剛度矩陣模型理論進(jìn)行研究 ，研究中僅考慮了平動慣性力 ，沒有考慮轉(zhuǎn)動慣性力 。文獻(xiàn) 和文獻(xiàn) 指出溫室設(shè)計的基本風(fēng)壓按瞬時風(fēng)速確定 。按照規(guī)范進(jìn)行溫室設(shè)計時 ，將風(fēng)荷載作為靜力荷載施加到溫室結(jié)構(gòu) 。對施加動力荷載的溫室結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)規(guī)律還有待于進(jìn)行進(jìn)一步的理論研究 。本研究擬從日光溫室結(jié)構(gòu)的波動傳播角度 ，基于剪切變形和轉(zhuǎn)動慣性的梁理論 ，提出平面剛架模型的日光溫室結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的動力響應(yīng)時程分析的計算方法 ，并分析日光溫室鋼骨架結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)規(guī)律 ，以期為溫室結(jié)構(gòu)的動力分析和設(shè)計提供有參考依據(jù) 。 計算原理根據(jù)微元體的平衡條件得到既考慮剪切變形又考慮轉(zhuǎn)動慣性的梁動力學(xué)方程為 ： （）（）式中 ：為材料密度 ，；為橫截面面積 ，；為梁中性軸的橫向位移 ，；為時間 ，；為任一截面剪力 ，；為任一截面位置 ，；為梁上單位長度的橫向力 ，；為橫截面慣性矩 ，；為彎曲變形引起的截面轉(zhuǎn)角 ，；為任一截面彎矩 ，·。彎矩曲率關(guān)系和剪力剪應(yīng)變關(guān)系為 ：（）（ ）（）式中 ：為彈性模量 ，；為剪切模量 ，；為截面剪切修正系數(shù) ；為橫截面面積 ，；為剪切變形引起的中性軸的轉(zhuǎn)角 ，；為梁中性軸的總轉(zhuǎn)角 ，。 日光溫室鋼骨架結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)分析方法為模擬日光溫室鋼骨架結(jié)構(gòu)中彎曲波的傳播過程 ，得到日光溫室鋼骨架結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng) ，首先基于梁微元體思想 ，給出被研究塊體的構(gòu)成方式 ，并給出平面剛架模型的日光溫室骨架結(jié)構(gòu)的控制方程 。包括 ：基于梁動力學(xué)方程 ，構(gòu)建骨架結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型 ；基于梁的彎矩曲率關(guān)系和剪力剪應(yīng)變關(guān)系 、梁理論的軸力軸向應(yīng)變關(guān)系 ，獲得離散段段中內(nèi)力與位移的本中 國 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 學(xué) 報 年 第 卷構(gòu)方程 。然后給出算法的遞推過程 ，最后對本研究提出的被研究塊體方法的有效性進(jìn)行驗證 。平面剛架模型的日光溫室結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)分析方法的策略結(jié)構(gòu)見圖。圖 日光溫室動力響應(yīng)分析策略結(jié)構(gòu)圖 平面剛架模型的日光溫室骨架結(jié)構(gòu)的控制方程 骨架結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型將平面剛架模型的日光溫室鋼骨架結(jié)構(gòu)按節(jié)點進(jìn)行空間離散劃分 （圖）。節(jié)點和節(jié)點之間為離散段。被研究塊體是由與節(jié)點相關(guān)聯(lián)的空間離散段的一半構(gòu)成 ，離散段的端點編號可用來表示被研究塊體編號 。被研究塊體是由與節(jié)點相連的上弦桿和腹桿的一半構(gòu)成 ，即左側(cè)虛線橢圓所圍區(qū)、分別為骨架結(jié)構(gòu)的節(jié)點；為節(jié)點 和節(jié)點 之間的離散段。 ， ； 圖 骨架結(jié)構(gòu)中被研究塊體的構(gòu)成 域 。被研究塊體是由與節(jié)點相連的下弦桿和腹桿的一半構(gòu)成 ，即右側(cè)虛線橢圓所圍區(qū)域 。圖示出組成被研究塊體的離散段的空間位置及其段間內(nèi)力圖 。設(shè)與被研究塊體相關(guān)聯(lián)的構(gòu)件數(shù)為，被研究塊體的受力來自風(fēng)壓力以及結(jié)構(gòu)離散構(gòu)件的中間截面內(nèi)力 。依據(jù)式 （）建立被研究塊體平動的動力平衡方程的離散形式為 ：¨（）（）¨（）（）式中 ：被研究塊體的質(zhì)量為，為離散段的質(zhì)量 ，；、分別為被研究塊體沿軸 、軸方向的位移 ，；、分別為離散段中間截面的軸力和剪力 ，；為離散段的局部坐標(biāo)系軸與總體坐標(biāo)系軸的夾角 ，；為離散段的長度 ，；為離散段所受的外荷載 ，。第 期 姜迎春等 ：考慮脈動風(fēng)速的平面剛架日光溫室結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)規(guī)律依據(jù)式 （）建立被研究塊體轉(zhuǎn)動的動力平衡方程的離散形式為 ：¨（ ）（）式中 ：··（ ）為被研究塊體繞端點軸的轉(zhuǎn)動慣量 ，·；為被研究塊體繞端點軸的轉(zhuǎn)角 ，；為離散段中間截面的彎矩 ，·。為離散段 的局部坐標(biāo)系 軸與總體坐標(biāo)系 軸的夾角 ，；、分別為離散段 中間截面的軸力和剪力 ，；為離散段 中間截面的彎矩 ，·；、分別為離散段 的 端截面的軸力和剪力，； 為離散段 的 端截面的彎矩，·；、 分別為離散段 的 端截面的軸力和剪力，； 為離散段 的端截面的彎矩 ，·；為離散段 的長度 ，；為離散段所受的外荷載 ，。 圖 與被研究塊體相關(guān)聯(lián)的離散段 的端部與段間的受力圖 骨架結(jié)構(gòu)離散段的本構(gòu)方程將式 （）和式 （）進(jìn)行空間離散 ，得到離散段的段中彎矩、段中剪力分別為 ：（）（）（）（）（ ）（）（） （）式中 ：（）為 離 散 段的 彎 曲 剛 度 ，·；（）為離散段的剪切剛度 ，其中為剪切截面修正系數(shù) ；、分別為離散段的端和端橫向側(cè)移 ，；、分別為離散段的端和端的轉(zhuǎn)角 ，。根據(jù)梁理論的軸力軸向應(yīng)變關(guān)系 ，可得離散段的段間軸力為 ：（）（） （）式中 ：（）為離散段的抗拉剛度 ，；、分別為離散段的端和端軸向位移 ，。 局部坐標(biāo)系與總體坐標(biāo)系的位移關(guān)系被研究塊體的動力平衡方程是在總體坐標(biāo)下建立的 ，段間內(nèi)力的本構(gòu)方程是在局部坐標(biāo)系下建立的 ，因而需要建立局部坐標(biāo)系與總體坐標(biāo)系的關(guān)系式 ，即 ：烅烄烆烍烌烎 熿燀燄燅 烅烄烆烍烌烎（） 骨架結(jié)構(gòu)離散段端部力與段間內(nèi)力的關(guān)系分別取離散段的左側(cè)和右側(cè)半個離散段為研究對象 （圖），列出沿軸方向的平衡方程 ：烅烄烆（）式中 ：、分別為離散段的端和端截面剪中 國 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 學(xué) 報 年 第 卷力 ，。對端和端的力矩平衡方程為 ：····烅烄烆（）式中 ：、分別為離散段的端和端截面彎矩 ，·。由式 （）可得離散段的端和端的剪力分別為 ：烅烄烆（）由式 （）可得離散段的端和端的彎矩分別為 ：··烅烄烆（） 算法實現(xiàn)通過風(fēng)速計算給出風(fēng)力 ，將風(fēng)力時程施加到骨架結(jié)構(gòu)上 ，交替運(yùn)用被研究塊體動力學(xué)平衡方程和骨架結(jié)構(gòu)離散段本構(gòu)方程 ，并結(jié)合局部坐標(biāo)系與總體坐標(biāo)系之間的位移關(guān)系 ，在時間域上進(jìn)行遞推運(yùn)算 ，實現(xiàn)平面剛架模型的日光溫室鋼骨架結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)分析 。在時間域遞歸計算的過程如下 ：）在離散段上施加風(fēng)荷載 ，利用式 （）、（）和（），分別計算出時刻軸方向的加速度¨、軸方向的加速度¨和轉(zhuǎn)角¨；）時間積分給出時刻軸方向的位移、軸方向的位移和轉(zhuǎn)角，再由式 （）給出時刻的軸向位移、橫向位移和轉(zhuǎn)角；）利用式 （）、（）和 （），分別計算時刻離散段的段間彎矩、段間剪力和段間軸力；）利用式 （）和 （），分別計算時刻離散段的端部剪力、，端部彎矩、；）再利用式 （）、（）和 （），分別計算時刻軸方向的加速度¨、軸方向的加速度¨和轉(zhuǎn)角¨。由上述循環(huán)即可實現(xiàn)平面剛架模型的日光溫室鋼骨架結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)分析方法的數(shù)值計算過程 。 方法有效性驗證利用本研究的被研究塊體方法計算兩端自由的變截面梁的彎曲波傳播問題 ，并將計算結(jié)果與文獻(xiàn) 的有限差分法計算結(jié)果進(jìn)行對比 ，驗證被研究塊體方法的正確性和有效性 。梁的材料數(shù)據(jù)為 ：彈性模量，密度 ，泊松比，剪切 模 量，剪切截面修正系數(shù)。計算梁長，梁截面在中間點處有變化 ，左半段半徑為，右半段半徑?？臻g離散段 ，計算時間步長取。距離梁左端長度設(shè)為，距離梁左端長度為處的截面彎矩設(shè)為。本研究 采 用 量 綱的 參 數(shù) ：時 間 設(shè) 為珋槡，距離梁左端長度設(shè)為珚，梁截面彎矩為珨。梁的左自由端輸入量綱的傾斜力矩為 ：珨 珋珋 珋珋珋珋烅烄烆距離梁左端長度珚位置處的彎矩珨時程曲線圖 （圖）中 ，本研究方法的計算曲線與文獻(xiàn) 的曲線吻合較好 。結(jié)果表明 ：本研究的被研究塊體方法具有良好的數(shù)值計算精度 ，適用于研究基于梁理論的平面剛架模型的日光溫室鋼骨架結(jié)構(gòu)的彎曲波傳播問題 。珨 為量綱 的 梁 截 面 彎 矩，珨 ；珋為 量 綱 的 時 間，珋槡；珨 為輸入傾斜力矩。珨 ，珨珋 ，珋槡珨 圖 距離梁左端長度珚位置處的截面彎矩珨?shù)臅r程曲線 珚 第 期 姜迎春等 ：考慮脈動風(fēng)速的平面剛架日光溫室結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)規(guī)律 日光溫室鋼骨架結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)分析 日光溫室鋼骨架的計算模型與參數(shù)本研究對象為日光溫室鋼骨架結(jié)構(gòu) ，骨架采用單榀的平面剛架模型 （圖）。跨 度，脊 高，后墻高。上弦桿 ：鋼管直徑為，鋼管壁厚，下弦桿 ：鋼筋直徑為；腹桿鋼筋直徑為。骨架結(jié)構(gòu)共有個節(jié)點 ，即有個被實心點為節(jié)點 ，數(shù)字為節(jié)點編號 ；帶圈數(shù)字為離散段編號 。 ， 圖 日光溫室鋼骨架結(jié)構(gòu)示意圖 研究塊體 ，節(jié)點編號由左向右 ，設(shè)上弦桿為，下弦桿為。以相鄰節(jié)點之間的各段為離散段 ，共個離散段 。離散段編號由左向右 ，設(shè)上弦桿為瑐瑥，下弦桿為瑐瑦瑒瑨，腹桿為瑒瑩瑝瑤。后坡頂節(jié)點編號為和，離散段編號為瑝瑥瑝瑧。 風(fēng)荷載時程模擬針對平面剛架模型日光溫室鋼骨架動力響應(yīng)分析時 ，需要將風(fēng)荷載作為輸入荷載參數(shù) ，本研究通過數(shù)值模擬風(fēng)速和實測風(fēng)速種方法獲得計算所需要的輸入荷載參數(shù) 。 數(shù)值模擬風(fēng)速利用譜和文獻(xiàn) 中的基本風(fēng)壓值 ，采用諧波疊加法對日光溫室鋼骨架結(jié)構(gòu)表面各個空間點 （圖）的脈動風(fēng)速進(jìn)行模擬 。圖示出節(jié)點和的脈動風(fēng)速時程曲線 。由節(jié)點和的模擬風(fēng)速功率譜與脈動風(fēng)速功率譜對比圖 （圖）可知 ：模擬功率譜的變化趨勢與目標(biāo)功率譜吻合效果較好 ，日光溫室不同點的脈動風(fēng)速時程的模擬結(jié)果是可靠的 。將脈動風(fēng)與平均風(fēng)相疊加 ，可得日光溫室鋼骨架結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)分析的輸入風(fēng)速時程 。通過各點的風(fēng)速時程可以得到作用于日光溫室鋼骨架結(jié)構(gòu)各點的風(fēng)力時程。日光溫室左側(cè)為迎風(fēng)面 。圖 日光溫室鋼骨架結(jié)構(gòu)節(jié)點 和 的脈動風(fēng)速時程曲線 ， 實測風(fēng)速時程實測風(fēng)速時程采用氣象在線監(jiān)測軟件平臺中的實測風(fēng)速作為輸入風(fēng)速時程 。在年和年中 ，分別取實測風(fēng)速值較大的時程曲線作為輸入風(fēng)速時程 （圖），即 ：“”和“”，以及 “”和 “”的實測風(fēng)速 。 計算結(jié)果分析 節(jié)點位移最大值比較模擬 風(fēng) 速 作 用 時 ，分 別 采 用 “平 均 風(fēng)脈動 ”、“脈動 ”、“平 均 ”種 工 況 ，日 光 溫 室 鋼 骨 架各節(jié)點位移時程記錄中的最大值空間分布曲線見圖。各節(jié)點位移均為 “平均脈動 ”的最大 ，“脈動 ”的次之 ，“平均 ”的最小 ，脈動風(fēng)對節(jié)點位移中 國 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 學(xué) 報 年 第 卷圖 模擬功率譜與目標(biāo)功率譜對比 圖 實測風(fēng)速時程曲線 圖 模擬風(fēng)速時程作用的節(jié)點位移最大值空間分布曲線 第 期 姜迎春等 ：考慮脈動風(fēng)速的平面剛架日光溫室結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)規(guī)律的影響比平均風(fēng)更加顯著 。種工況下 ，空間上的位移最大值出現(xiàn)了次峰值 ，分別在上弦桿的節(jié)點與附近 、在下弦桿均的節(jié)點和附近 。由圖可知 ：次峰值分別在迎風(fēng)面高度和附近 。實測風(fēng)速時程作用時 ，各節(jié)點空間上的位移最大值也出現(xiàn)了次峰值 ，也出現(xiàn)在迎風(fēng)面約和高度處 （圖），與圖的計算規(guī)律基本一致 。實測風(fēng)速時程作用下的位移計算值與模擬風(fēng)速的平均風(fēng)作用時的計算值相接近 。在日光溫室鋼骨架中 ，無論作用模擬風(fēng)速還是作用實測風(fēng)速 ，節(jié)點位移變化規(guī)律基本一致 。圖 實測風(fēng)速時程作用的節(jié)點位移最大值空間分布曲線 各離散段截面總應(yīng)力最大值比較模擬風(fēng)速時程作用時 ，日光溫室鋼骨架各離散段截面總應(yīng)力時程記錄中的最大值空間分布曲線見圖，總應(yīng)力是軸向應(yīng)力與彎曲應(yīng)力之和 。圖 模擬風(fēng)速時程作用的各離散段截面總應(yīng)力最大值空間分布曲線 中 國 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 學(xué) 報 年 第 卷各截面應(yīng)力最大值從總體上看 “平均脈動 ”的最大 ，“脈動 ”的次之 ，“平均 ”的最小 。出現(xiàn)了 “平均脈動 ”與 “脈動 ”的應(yīng)力值基本相同的情況 ，表明脈動風(fēng)對截面總應(yīng)力的影響比平均風(fēng)更重要 。各截面應(yīng)力最大值呈起伏變化 。由圖（）（）對比發(fā)現(xiàn)鋼骨架的危險的截面出現(xiàn)在溫室結(jié)構(gòu)的左端附近 。在平均風(fēng)與脈動風(fēng)共同作用時 ，上弦桿最大拉應(yīng)力為，下弦桿最大拉應(yīng)力為，腹桿最大壓應(yīng)力為。上弦桿在截面瑏瑣位置 （約高度 ）處 ，拉應(yīng)力出現(xiàn)了另一個峰值，并向兩側(cè)遞減 。腹桿與總體坐標(biāo)軸之間的夾角可分成銳角和鈍角 ，在以下的腹桿中 ，拉應(yīng)力為銳角的腹桿比鈍角的腹桿大 ，而壓應(yīng)力則為銳角的腹桿比鈍角的腹桿小 。骨架脊頂?shù)母箺U瑘瑡和瑘瑢出現(xiàn)了拉應(yīng)力和壓應(yīng)力的另一個峰值 ，腹桿瑘瑡的拉應(yīng)力為，腹桿瑘瑢壓應(yīng)力為。實測風(fēng)速時程作用時 ，由各離散段截面總應(yīng)力最大值空間分布曲線 （圖）可知 ：實測風(fēng)速時程的輸入值有明顯差別 ，但各截面應(yīng)力最大值基本相同 ；應(yīng)力曲線變化規(guī)律與圖曲線規(guī)律基本一致 ；鋼骨架中最危險的截面也為左端附近 ；上弦桿最大拉應(yīng)力為，下弦桿最大拉應(yīng)力為，腹桿最大壓應(yīng)力為；與圖對比可見實測風(fēng)速時程作用下的總應(yīng)力計算值與模擬風(fēng)速的平均風(fēng)作用時的總應(yīng)力計算值相接近 。圖 實測風(fēng)速時程作用的各離散段截面總應(yīng)力最大值空間分布曲線 各離散段拉應(yīng)力分量比較模擬風(fēng)速時程作用時 ，采用 “平均風(fēng)脈動 ”工況 ，上 弦 桿 各 離 散 段 截 面 拉 應(yīng) 力 分 量 曲 線 見圖（），其中截面的總應(yīng)力為軸向應(yīng)力和彎曲應(yīng)力之和 ；實測風(fēng)速時程 （）作用時 ，上弦桿各離散段截面拉應(yīng)力分量曲線見圖（）。計算結(jié)果顯示 ：分別在模擬風(fēng)速 、實測風(fēng)速作用下 ，彎曲應(yīng)力會引起左端應(yīng)力迅速增加 ，鋼骨架危險截面在左端附近 。 上弦桿各離散段左端剪力最大值比較模擬風(fēng)速作用時 ，上弦桿剪力空間分布的最大值出現(xiàn)在溫室骨架結(jié)構(gòu)的左端附近 （圖）；在平均風(fēng)與脈動風(fēng)共同作用時 ，最大剪力為；平均風(fēng)作用時 ，除了溫室骨架結(jié)構(gòu)的左端附近和棚脊折第 期 姜迎春等 ：考慮脈動風(fēng)速的平面剛架日光溫室結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)規(guī)律圖 模擬和實測風(fēng)速作用上弦桿各離散段拉應(yīng)力分量 ，點瑏瑩截面處 ，其他各離散段端部截面的剪力基本趨于一致 ，而脈動風(fēng)作用時離散段端部剪力出現(xiàn)起伏變化 ，使得平均風(fēng)與脈動風(fēng)共同作用時離散段端部剪力也出現(xiàn)起伏變化 ；脈動風(fēng)作用時端部截面的剪力值為平均風(fēng)作用時倍左右 。圖 各離散段左端剪力最大值空間分布曲線 結(jié)論）本研究從日光溫室結(jié)構(gòu)的波動傳播角度 ，給出平面剛架模型的日光溫室結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的動力響應(yīng)分析的被研究塊體方法 。通過兩端自由的變截面梁的彎曲波傳播問題對比驗證本研究方法的有效性 。本研究方法的被研究塊體物理意義明確 ，無需使用經(jīng)典的動力學(xué)方程組 。）將數(shù)值模擬風(fēng)速的種工況 （平均風(fēng)和脈動風(fēng)共同作用 、只脈動風(fēng)作用 、只平均風(fēng)作用 ）和實測風(fēng)速作為日光溫室鋼骨架結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)時程分析的輸入荷載參數(shù) 。采用本研究方法計算獲得平面剛架模型的日光溫室鋼骨架結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)時程記錄中的節(jié)點位移及截面應(yīng)力最大值的空間分布規(guī)律 。各節(jié)點位移和各截面應(yīng)力從總體上看均為 “平均脈動 ”的最大 ，“脈動 ”的次之 ，“平均 ”的最小 ；各截面應(yīng)力中也出現(xiàn)了 “平均脈動 ”與 “脈動 ”的應(yīng)力值基本相同的情況 ，表明脈動風(fēng)對日光溫室鋼骨架結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的影響比平均風(fēng)更重要 。對溫室鋼骨架結(jié)構(gòu)從應(yīng)力和剪力分析均出現(xiàn)最危險的截面為結(jié)構(gòu)的左端附近 ，其中彎曲應(yīng)力是引起應(yīng)力迅速增加的主要原因 。參考文獻(xiàn)劉建 ，周長吉 日光溫室結(jié)構(gòu)優(yōu)化的研究進(jìn)展與發(fā)展方向 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報 ，（）： ， ，（）：（） ， ， ， ？ ： ， ， ，（）：周長吉 溫室工程設(shè)計手冊 北京 ：中國農(nóng)業(yè)出版社 ，：</p>
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