塑料大棚的風振響應與風振系數_王聰(1).pdf

浙江農業(yè)學報 Acta Agriculturae Zhejiangensis ISSN 1004 1524 CN 33 1151 S 浙江農業(yè)學報 網絡首發(fā)論文 題目 塑料大棚的風振響應與風振系數 作者 王聰 蘆佳蕊 林玉飛 潘興家 王杰 朱隆靜 收稿日期 2024 12 20 網絡首發(fā)日期 2025 08 25 引用格式 王聰 蘆佳蕊 林玉飛 潘興家 王杰 朱隆靜 塑料大棚的風振響應與風 振系數 J OL 浙江農業(yè)學報 網絡首發(fā) 在編輯部工作流程中 稿件從錄用到出版要經歷錄用定稿 排版定稿 整期匯編定稿等階 段 錄用定稿指內容已經確定 且通過同行評議 主編終審同意刊用的稿件 排版定稿指錄用定稿按照期 刊特定版式 包括網絡呈現版式 排版后的稿件 可暫不確定出版年 卷 期和頁碼 整期匯編定稿指出 版年 卷 期 頁碼均已確定的印刷或數字出版的整期匯編稿件 錄用定稿網絡首發(fā)稿件內容必須符合 出 版管理條例 和 期刊出版管理規(guī)定 的有關規(guī)定 學術研究成果具有創(chuàng)新性 科學性和先進性 符合編 輯部對刊文的錄用要求 不存在學術不端行為及其他侵權行為 稿件內容應基本符合國家有關書刊編輯 出版的技術標準 正確使用和統一規(guī)范語言文字 符號 數字 外文字母 法定計量單位及地圖標注等 為確保錄用定稿網絡首發(fā)的嚴肅性 錄用定稿一經發(fā)布 不得修改論文題目 作者 機構名稱和學術內容 只可基于編輯規(guī)范進行少量文字的修改 出版確認 紙質期刊編輯部通過與 中國學術期刊 光盤版 電子雜志社有限公司簽約 在 中國 學術期刊 網絡版 出版?zhèn)鞑テ脚_上創(chuàng)辦與紙質期刊內容一致的網絡版 以單篇或整期出版形式 在印刷 出版之前刊發(fā)論文的錄用定稿 排版定稿 整期匯編定稿 因為 中國學術期刊 網絡版 是國家新聞出 版廣電總局批準的網絡連續(xù)型出版物 ISSN 2096 4188 CN 11 6037 Z 所以簽約期刊的網絡版上網絡首 發(fā)論文視為正式出版 王聰 蘆 佳蕊 林 玉飛 等 塑 料大棚的風振響應與風振系數 J 浙 江農業(yè)學報 2025 37 9 000 000 DOI 10 3969 j issn 1004 1524 20241096 塑料大棚的風振響應與風振系數 王 聰 蘆佳蕊 林玉飛 潘興家 王 杰 朱隆靜 溫州科技職業(yè)學院 溫州市 農業(yè)科學研究院 溫州農業(yè)具身智能體重點實驗室 浙江 溫州 325006 摘 要 為探明塑料大棚在瞬時風荷載作用下的動力失效機理 該研究對 8 m跨度的塑料大棚進行風 振響應分析 討論了塑料大棚脊高和肩高對節(jié)點位移風振系數的影響 并給出便于工程應用的整體位 移風振系數建議值 結果表明 風荷載作用下 塑料大棚位移呈雙峰型曲線分布規(guī)律 第 1個位移峰值 出現在距離迎風面支座 1 0 m處 第 2個位移峰值出現在距離迎風面支座 6 3 m處 瞬時風荷載作用下的 最大位移為 平均風荷載作用下的 2 5倍左右 最大等效應力發(fā)生在迎風面支座處 瞬時風荷載作用下的 最大等效應力為 平均風荷載作用下的 2 1倍左右 塑料大棚脊高對節(jié)點位移風振系數影響較小 在保持 肩高不變的情況下 脊高從 3 4 m增加到 3 8 m 節(jié)點位移風振系數變化幅度約 5 當脊高不變時 節(jié) 點位移風振系 數隨肩高增加而減小 對于 8 m跨度 肩高 1 8 2 0 m 脊高 3 4 3 8 m的塑料大棚 其 整體位移風振系數變化范圍為 2 23 2 43 研究結 果為塑料大棚結構抗風設計提供了理論依據 關鍵詞 塑料大棚 荷載 動力分析 風振響應 風振系數 中圖分類號 S625 1 文獻標志碼 A 文章編號 1004 1524 2025 09 0000 00 Wind induced responses and wind vibration coefficients of plastic greenhouse s WANG Cong LU Jiarui LIN Yufei PAN Xingjia WANG Jie ZHU Longjing Wenzhou Key Laboratory of AI Agents for Agriculture Wenzhou Vocational College of Science and Technology Wenzhou Academy of Agricultural Sciences Wenzhou 325006 Zhejiang China Abstract To investigate the dynamic failure mechanism of plastic greenhouses under instantaneous wind loads the wind induced response analysis of an 8 m span plastic greenhouse was conducted the influence of ridge height and shoulder height on node displacement wind vibration coefficient was discussed To facilitate engineering applications recommended values for global displacement wind vibration coefficient were provided The results showed that the displacement of the plastic greenhouse under wind loads exhibited a double peak curve distribution pattern The first displacement peak occurred at 1 0 m away from the windward end and the second displacement peak occurred at 6 3 m away from the windward end The maximum displacement under instantaneous wind loads was approximately 2 5 times that under mean wind loads The maximum equivalent stress of the plastic greenhouse occurred at the windward end The maximum equivalent stress under instantaneous wind loads was about 2 1 times that under mean wind loads The ridge height of the plastic greenhouse exhibited no significant influence on the nodal displacement wind vibration coefficients With the shoulder height unchanged and the ridge height increasing from 3 4 m to 3 8 m the nodal 收稿日期 2024 12 20 基金項目 浙江省農業(yè)重大技術協同推廣計劃項目 2023ZDXT05 03 作者簡介 王聰 1995 男 河南南陽人 博士 助理研究員 研究方向為農業(yè)設施結構與環(huán)境工程 Email wangcong 通信作者 朱隆靜 E mail zhulongjing 網絡首發(fā)時間 2025 08 25 15 38 30 網絡首發(fā)地址 displacement wind vibration coefficient varied about 5 When the ridge height was constant the nodal displacement wind vibration coefficient decreased with the increase of shoulder height For plastic greenhouses with a span of 8 m shoulder height range of 1 8 m to 2 0 m and ridge height range of 3 4 m to 3 8 m the global displacement wind vibration coefficient varied from 2 23 to 2 43 The results could provide a theoretical basis for the wind resistant design of plastic greenhouse structures Key words plastic greenhouse load dynamic analysis wind induced response wind vibration coefficient 塑料大棚因其結構簡單 經濟效益較高等優(yōu)點成為我國應用最為廣泛的農業(yè)設施類型 1 截至 2022年 我國塑料大棚占地面積達 152萬 hm2 約占設施園藝總面積的 53 2 結構上 塑料大棚屬于輕型鋼結構 具有自重輕 柔度大 阻尼小等特點 對外部可變荷載較為敏感 3 4 塑料大棚結構設計中 永久荷載占比較小 當雪荷載較小時 風荷載就起到控制作用 5 6 強風荷載作用下 塑料大棚在數秒內就可能破壞 7 8 塑料大棚強風荷載作用下的主要破 壞形式包括 失穩(wěn)破壞 9 屈服破壞 10 節(jié)點破壞 11 薄膜破壞 12 和基礎破壞 13 14 因此 為保證塑料大棚強風荷載作用下的安全性能 有必要對其進行抗風設計 塑料大棚結構抗風設計方法主要有 2種 準靜態(tài)設計法和脈動風壓設計法 15 準靜態(tài)設 計法將風荷載等效為靜力荷載 16 計算過程簡單 Ren等 17 研究表明 大跨度外保溫塑料大 棚在風荷載作用下易發(fā)生平面外失穩(wěn)破壞 Lee等 18 探究了節(jié)點剛度半剛 性行為對塑料大棚 整體結構抗風性能的影響 董曉星等 19 對河南地區(qū)常用塑料大棚結構進行承載力計算發(fā)現 風荷載是最不利荷載 并提出不同風荷載等級下塑料大棚骨架截面規(guī)格選擇建議 劉平等 20 研究發(fā)現 當棚架寬度與桿件長度比值在 0 60 0 66時 拱棚抗風性能最強 王健等 21 和 Liu 等 22 設計了互插式連棟塑料大棚 以拱桿互插連接代替?zhèn)鹘y連棟塑料大棚直立柱 并對其進 行風壓分布和抗風性能分析發(fā)現 在相同風荷載作用下 互插式連棟塑料大棚受力均勻 抗 風性能優(yōu)于常規(guī)塑料大棚 以曲梁基本方程為基礎 郭韋佟等 23 和王佳佳等 24 分別建立了 考慮曲梁彎扭耦合變形特征的剛度矩陣模型和考慮曲梁大位移特征及二階彎矩效應的線性 靜力分析模型 可用于拱形塑料大棚屋面結構非線性受力分析 平面外分岔與極值點失穩(wěn)計 算 為拱形塑料大棚縱向抗風設計提供理論基礎 上述研究為塑料大棚結構抗風設計提供了參考 但在風荷載處理上 忽略了脈動風荷載 的動力特性 而脈動風荷載與風致損傷機理高度相關 25 26 因此 一些學者采用脈動風壓設 計法對塑料大棚進行結構抗風設計 在整體結構設計方面 王軍林等 27 對單層柱面網殼塑料 大棚開展全過程風荷載動力倒 塌分析發(fā)現 壓桿與拉桿屈服是結構動力倒塌的主要原因 Sim等 28 基于 ABAQUS有限元軟件對單跨塑料大棚進行風災易損性分析發(fā)現 水平位移過大 是導致塑料大棚破壞的主要原因 姜迎春等 29 30 基于 Timoshenko梁理論提出可用于桁架結構 風振響應分析的 被研究 塊體方法 并對跨度分別為 6 m和 10 m的桁架結構塑料大棚開展風振 響應分析 許晶等 31 和 Wang等 32 采用 ANSYS有限元軟件對裝配式單管拱形塑料大棚進行動 力 時程 分析 結果表明 塑料 大棚在瞬時風荷載作用下的結構響應明顯大于平 均風荷載作用 下的結構響應 因此 在塑料大棚結構抗風設計中需考慮脈動風荷載的動力放大效應 然而 上述研究并未給出考慮脈動風荷載動力放大效應的風振系數建議值 不利于工程應用 對此 本研究以 8 m跨度的塑料大棚為研究對象 考慮脈動風荷載的放大效應 采用時 域法開展非線性動力 時程 分析 研究其在瞬時風荷載作用下的動力響應特性 分析脊高和肩 高對位移風振系數的影響 提出適用于工程的整體位移風振系數建議值 以期為塑料大棚結 構抗風設計提供依據