据闻,有学者在总结以往膜结构建设工作的基础上,提出一种理论与试验相结合的简化气弹模型方法。其基本思想是,先通过引入附加质量、气动阻尼等参数来模拟不同的附加气动力作用,使结构动力方程解耦;再借助气弹模型风洞试验对这些参数进行测定,从而将风与结构的相互作用问题转化为常规的结构动力分析问题。依据上述简化气弹模型方法,有学者对若干具有不同参数的菱形平面鞍形索网结构和膜结构污水池加盖缩尺模型进行了风洞实验研究。通过对相同形状刚性模型和弹性模型表面的脉动风压与结构响应的测量,探讨结构振动对其表面风荷载特性的影响;并且利用随机减量技术对气弹模型风洞试验获得的大量随机响应信号进行模态参数识别,得到了简化气弹性模型中的两个重要参数——附加质量和气动阻尼——随来流风速、风向、结构刚度和结构振动模态的变化规律。该研究得出如下结论:
(1)与以往关于附加质量和气动阻尼的研究相比,该方法针对索膜结构风振响应的特点,对这两个参数给出了明确的定义及推导过程;此外,在对这两个参数的确定上,不是简单依靠解析方法,而是将其与气弹模型试验技术结合起来。
(2)结构在脉动风作用下的振动是一个宽带过程,有着显明的受迫振动特征;气弹效应对结构表面风压分布规律的影响较小,但对风压的大小有一些影响;在某些情况下,弹性模型试验结果有可能大于刚性模型试验结果,因此对于大跨度柔性屋盖结构,只通过刚性模型来确定风压分布系数,有可能是偏于不安全的。
(3)附加气动力作用与结构振动模态相关,具体表现为∶低阶对称振型的流固耦合作用较为显明;而高阶多波振型的流固耦合作用较弱。气动阻尼对结构振动的影响较为显明,格外是对结构的低阶模态,气动阻尼比可达到15%—20%左右;相比之下,附加质量对结构振动的影响较小,其量级为结构质量的1倍一2倍左右。
(4)该试验过程中未发现结构出现整体气弹失稳现象,但在某些工况下,在污水池加盖结构局部测点出现了气动负阻尼。对于此问题,尚需要进一步研究。