系統識別號 | U0002-1108201114202700 |
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DOI | 10.6846/TKU.2011.00361 |
論文名稱(中文) | 以LRC法建構大跨徑屋頂等值風荷載之研究 |
論文名稱(英文) | Application of LRC Method on the Equivalent Static Wind Load of Large Span Structures |
第三語言論文名稱 | |
校院名稱 | 淡江大學 |
系所名稱(中文) | 土木工程學系碩士班 |
系所名稱(英文) | Department of Civil Engineering |
外國學位學校名稱 | |
外國學位學院名稱 | |
外國學位研究所名稱 | |
學年度 | 99 |
學期 | 2 |
出版年 | 100 |
研究生(中文) | 王亦如 |
研究生(英文) | Yi-Ji Wang |
學號 | 697380375 |
學位類別 | 碩士 |
語言別 | 繁體中文 |
第二語言別 | |
口試日期 | 2011-06-27 |
論文頁數 | 87頁 |
口試委員 |
指導教授
-
林堉溢
委員 - 鄭啟明 委員 - 陳振華 委員 - 林堉溢 |
關鍵字(中) |
大跨徑屋頂結構 LRC法 等值風荷載 |
關鍵字(英) |
Large Span Roof Structures Load-Response-Correlation Method Equivalent Static Wind Load |
第三語言關鍵字 | |
學科別分類 | |
中文摘要 |
由於大跨徑圓形屋頂結構,結構型式較為複雜,桿件數量較多,在分析風洞實驗中所得到的風力數據對結構各桿件之影響時,若以風力歷時方法分析,所需的時間較長,因此本文以LRC法分析結構受風之影響。LRC法主要是求取結構受風力作用的等值靜載重,並可以得到各桿件的極值反應,提供設計結構時之所須。本文分析所使用的風壓數據,是以半球形屋頂結構進行風洞實驗所得。利用這些實驗所得的風壓數轉換為結構節點上的風力,以節點風力進行分析。首先在同模型中比較LRC法與歷時分析法之差別;兩者所求得之極值反應之誤差大約在20%左右。而半球形屋頂結構之結構反應並不因不同高跨比而有不同之趨勢。在結構設計上LRC法仍是一個很好的方法。 |
英文摘要 |
Since large span roof structures generally comprise lots of members to resist loads, the time history analysis for these members due to wind loads is time costly. For this reason, this main objective of this thesis is to investigate the effects of wind loads on these types of structures using LRC method. The main advantages of this method are that the peak response of each member can be obtained and then the equivalent static wind loads can be generated and used for structural design. The wind pressure data used in the thesis were adopted from the wind tunnel tests for semi-circular roof structures. The data were transformed into the nodal loads in the structure and then used for the analysis. The roof structures with height-span ratios ranging from 0.2 to 0.5 are analyzed. The comparison of the peak responses of structural members obtained from LRC and time history method indicates that the difference is approximately 20%. This discrepancy is mainly due to the correlations among the large number of nodes. However, LRC is still a good method for use in the structural design. |
第三語言摘要 | |
論文目次 |
目錄 第一章 緒論 1 1.1前言 1 1.2 研究動機與目的 1 1.3 研究內容 2 1.4 論文架構 4 第二章 文獻回顧 6 2.1 前言 6 2.2 大跨徑屋頂結構型式 6 2.3 曲面屋頂之風力特性 9 2.4 設計風載重(等值風荷載)理論 12 2.5 LRC法在曲面屋頂風場之應用 13 第三章 背景理論 15 3.1 前言 15 3.2 隨機風力數據處理 15 3.3 LRC法(LOAD-RESPONSE-CORRELATION METHOD) 17 3.4 歷時分析理論 20 第四章 數值分析與討論 21 4.1 前言 21 4.2 結構分析模型介紹 22 4.2.1簡化的拱形結構 22 4.2.2半球形結構 22 4.3 風洞實驗數據 23 4.4 數值分析流程 23 4.4.1簡化結構 23 4.4.2半球形屋頂結構高跨比0.2 26 4.4.3半球形屋頂結構高跨比0.3 30 4.4.4半球形屋頂結構高跨比0.5 31 4.4.5不同高跨比(h/D=0.2、0.3、0.5)半球形屋頂結構之比較 31 第五章 結論與建議 36 5.1 前言 36 5.2 結論 36 5.3 建議 37 參考文獻 38 附表 表4.1模型高跨比之示意表 43 表4.2拱形結構桿件尺寸 43 表4.3半球形結構桿件尺寸 44 表4.4桿件編號位置表 44 表4.5各結構振態頻率與振態形式 45 圖目錄 圖2.1 網架結構 46 圖2.2 網殼結構 46 圖2.3 懸索結構 46 圖2.4 薄膜結構 47 圖2.5 凱特威(Keiwitt)型式網殼結構 47 圖4.1簡化結構的拱結構 48 圖4.2高跨比0.2的半球形結構 48 圖4.3高跨比0.3的半球形結構 48 圖4.4高跨比0.5的半球形結構 48 圖4.5 高跨比為0.2之半球形屋頂振態 49 圖4.6高跨比為0.3之半球形屋頂振態 50 圖4.7 高跨比為0.5之半球形屋頂振 51 圖4.9 單筆風力施加於拱形結構節點8,做時間歷時法與LRC法求得之反應比較 53 (a) 54 圖4.10單筆風力施加於拱形結構節點17,時間歷時法與LRC法求得之反應比較 54 圖4.11以同樣一筆風力施加於拱形結構節點2、8,做時間歷時法與LRC法求得之反應比較 55 圖4.12以兩筆不同之風力施加於拱形結構節點2、17,做時間歷時法與LRC法求得之反應比較 56 圖4.13以兩筆不同之風力施加於拱形結構節點8、17,做時間歷時法與LRC法求得之反應比較 57 圖4.14施加風力於簡化的二維拱形結構全部節點,做時間歷時法與LRC法求得之反應比較 58 圖4.15高跨比0.2半球形—只施加一個節點3的風力歷時時間歷時法與LRC法求得之反應比較 59 圖14.16高跨比0.2半球形—施加兩個節點3、9的風力歷時時間歷時法與LRC法求得之反應比較 60 圖4.17高跨比0.2半球形—施加兩個節點5、9的風力歷時,做時間歷時法與LRC法求得之反應比較 61 圖4.18高跨比0.2半球形—施加兩個節點7、9的風力歷時,時間歷時法與LRC法求得之反應比較 62 圖4.19高跨比0.2半球形—施加三個節點3、9、20的風力歷時,時間歷時法與LRC法求得之反應比較 63 圖4.20施加風力於0.2半球形結構全部節點,做時間歷時法與LRC法求得反應比較 65 圖4.21高跨比0.3半球形—只施加一個節點3的風力歷時,做時間歷時法與LRC法求得之反應比較 66 圖4.22高跨比0.3半球形—施加兩個節點3、9的風力歷時,做時間歷時法與LRC法求得之反應比較 67 圖4.23施加風力於0.3半球形結構全部節點,做時間歷時法與LRC法求得反應比較 69 圖4.24高跨比0.5半球形—只施加一個節點3的風力歷時,做時間歷時法與LRC法求得之反應比較 70 圖4.25高跨比0.5半球形—施加兩個節點3、9的風力歷時,做時間歷時法與LRC法求得之反應比較 71 圖4.26施加風力於0.5半球形結構全部節點,做時間歷時法與LRC法求得反應比較 73 圖4.27高跨比0.2軸力之誤差百分比 Nx 74 圖4.28高跨比0.3軸力之誤差百分比 Nx 75 圖4.29高跨比0.5軸力之誤差百分比 Nx 75 圖4.30高跨比0.2剪力之誤差百分比 Qy 76 圖4.31高跨比0.3剪力之誤差百分比 Qy 77 圖4.32高跨比0.5剪力之誤差百分比 Qy 77 圖4.33高跨比0.2剪力之誤差百分比 Qz 78 圖4.34高跨比0.3剪力之誤差百分比 Qz 79 圖4.35高跨比0.5剪力之誤差百分比 Qz 79 圖4.36高跨比0.2扭轉之誤差百分比 Tx 80 圖4.37高跨比0.3扭轉之誤差百分比 Tx 81 圖4.38高跨比0.5扭轉之誤差百分比 Tx 81 圖4.39高跨比0.2彎矩之誤差百分比 My 82 圖4.40高跨比0.3彎矩之誤差百分比 My 83 圖4.41高跨比0.5彎矩之誤差百分比 My 83 圖4.42高跨比0.2彎矩之誤差百分比 Mz 84 圖4.43高跨比0.3彎矩之誤差百分比 Mz 85 圖4.44高跨比0.5彎矩之誤差百分比 Mz 85 圖4.45 高跨比0.2結構,各層中承受最大軸力桿件正向應力比較圖 86 圖4.46高跨比0.3結構,各層中承受最大軸力桿件正向應力比較圖 86 圖4.47高跨比0.5結構,各件中承受最大軸力桿件正向應力比較圖 87 |
參考文獻 |
1. Kolousek, V., “Wind effects on civil engineering structures”, ELSEVIER Press(1997). 2. Tamura, T., Kuwahara, K., Suzuki, M., “Numerical study of wind pressures on a domed roof and near wake flows” Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics Vol.36,pp1001-1009(1990). 3. Taylor, T.J., “Wind pressures on a hemispherical dome” , Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics Vol. 40, pp199-213(1992) 4. Tsugawa, T., Hongo, T.,Suzuki, M., “Experimental study of wind pressure and wind force characteristics on dome shaped openable roofs”, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, Vol42, pp.1509-1510(1992). 5. Kawamura, S., Kiuchi, T., Mochizuki, T., “Characteristics of wind pressure scting on spatial large dome”, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics Vol.42, pp1511-1512(1992) 6. Nakayama, M., Sasaki, Y., Masuda, K., Ogawa, T., “An efficient method for selection of vibration modes contributory to wind response on dome-like roofs”, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics Vol.73, pp.31-43(1998) 7. Yanli, H., Dong, S., Gong, J., “Wind response analysis method of spatial lattice structures in frequency domain with mode compensation (In Chinese), Spatial Structures”, Jun, Vol.7, No.2, pp.3-10(2001) 8. Yasui, H., Marukawa, H., Katagiri, J., Katsumura, A., Tamurs, Y., Watanabe, K.,“Study of wind –induced response of long-span structure”, J. wind Eng. Ind. Aerodyn. Vol.83, pp.277-288(1999) 9. Ogawa, T., Nakayama, M., Murayama, S.,“Characteristics of wind pressure on spherical domes in turbulent boundary layers”, Proceedings of the 10th National Symposium on Wind Engineering, Tokyo, pp.55-60(1988) 10. Ogawa, T., Nakayama, M., Murayama, S.,“Characteristics of wind pressure on spherical domes and response of domes in turbulent flow”, J. Struct. Constr. Eng. 40495-102(1989). 11. Hongo, T., “Experimental study of wind forces on spherical roofs”, Ph.D.Thesis, Tohoku University (1995). 12. Ahuja, A.K., Kumar, R., “Wind pressure coefficient on convex cylindrical roofs”, Texas Tech University. Wind Science & Engineering, pp.1623-1630. 13. Minh, N.N., Miyata, T., Yamada, H., Sanada, Y., “Numerical Simulation of wind turbulence and buffeting analysis of long-span bridges”,[J] Wind Ind. Eng. Aerodyn., Vol.83, pp301-315(1999) 14. Scanlan, R.H., “The Action of Flexible Bridges under Wind:Ⅰ. Fluter Theory, Ⅱ.Buffeting Theory”,J. Sound and Vib. Vol.60, (1978). 15. 王吉名,孫炳楠,樓文娟. “膜結構風荷載特性和風振反應的特性風洞實驗研究”,空間結構,Vol.7,No.3,pp.18-25,(2001). 16. Gusella, V., Materazzi, A.L., “Non-Gaussian along wind response analysis in time and frequency domains”, Engineering Structures, Vol.22(1), pp.49-57,(2000). 17. Uemarsu, Y., Yamada, M., Inoue, A., Hongo, T., “Wind Engineering and induced dynamic behavior of a sing-layer latticed dome”, Journal of Wind Engineering and industrial aerodynamics., Vol.66(3), pp.227-248,(1997) 18. 聶國昀,鄭啟明,林堉溢,傅仲麟,“大跨徑屋蓋結構之耐風設計”,第十屆中華民國結構工程研討會,(2010 12) 19. M. Kasperski, “Extreme wind load distributions for linear and nonlinear design”,1991年 20. M. Kasperski 和H.-J. Niemann , “The L.R.C. (load-response-correlation) –Method A General Method of Estimating Unfavourable Wind Load Distributions for Linear and Non-lineaar Structural Behaviour”(1992) 21. Y.Tamura 、H.Kikuchi、K.Hibi,“Actual extreme pressure distribution and LRC formula”(2002) 22. M. Kasperski, “Specification of the design wind load based on wind tunnel experiments”(2003) 23. 傅仲麟,“半圓頂大跨度屋蓋結構在平滑流場及大氣邊界層流場中之風載重特性”, 淡江大學 工木工程學系博士論文 (2010) 24. 楊承翰, “曲面屋頂結構物設計風載重之初探”,淡江大學 工木工程學系碩士論文 (2005) 25. 洪詩姵,“大跨徑屋頂結構受風分析”, 淡江大學 工木工程學系碩士論文 (2009) |
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