塑料大棚的风振响应与风振系数_王聪(1).pdf

浙江农业学报 Acta Agriculturae Zhejiangensis ISSN 1004 1524 CN 33 1151 S 浙江农业学报 网络首发论文 题目 塑料大棚的风振响应与风振系数 作者 王聪 芦佳蕊 林玉飞 潘兴家 王杰 朱隆静 收稿日期 2024 12 20 网络首发日期 2025 08 25 引用格式 王聪 芦佳蕊 林玉飞 潘兴家 王杰 朱隆静 塑料大棚的风振响应与风 振系数 J OL 浙江农业学报 网络首发 在编辑部工作流程中 稿件从录用到出版要经历录用定稿 排版定稿 整期汇编定稿等阶 段 录用定稿指内容已经确定 且通过同行评议 主编终审同意刊用的稿件 排版定稿指录用定稿按照期 刊特定版式 包括网络呈现版式 排版后的稿件 可暂不确定出版年 卷 期和页码 整期汇编定稿指出 版年 卷 期 页码均已确定的印刷或数字出版的整期汇编稿件 录用定稿网络首发稿件内容必须符合 出 版管理条例 和 期刊出版管理规定 的有关规定 学术研究成果具有创新性 科学性和先进性 符合编 辑部对刊文的录用要求 不存在学术不端行为及其他侵权行为 稿件内容应基本符合国家有关书刊编辑 出版的技术标准 正确使用和统一规范语言文字 符号 数字 外文字母 法定计量单位及地图标注等 为确保录用定稿网络首发的严肃性 录用定稿一经发布 不得修改论文题目 作者 机构名称和学术内容 只可基于编辑规范进行少量文字的修改 出版确认 纸质期刊编辑部通过与 中国学术期刊 光盘版 电子杂志社有限公司签约 在 中国 学术期刊 网络版 出版传播平台上创办与纸质期刊内容一致的网络版 以单篇或整期出版形式 在印刷 出版之前刊发论文的录用定稿 排版定稿 整期汇编定稿 因为 中国学术期刊 网络版 是国家新闻出 版广电总局批准的网络连续型出版物 ISSN 2096 4188 CN 11 6037 Z 所以签约期刊的网络版上网络首 发论文视为正式出版 王聪 芦 佳蕊 林 玉飞 等 塑 料大棚的风振响应与风振系数 J 浙 江农业学报 2025 37 9 000 000 DOI 10 3969 j issn 1004 1524 20241096 塑料大棚的风振响应与风振系数 王 聪 芦佳蕊 林玉飞 潘兴家 王 杰 朱隆静 温州科技职业学院 温州市 农业科学研究院 温州农业具身智能体重点实验室 浙江 温州 325006 摘 要 为探明塑料大棚在瞬时风荷载作用下的动力失效机理 该研究对 8 m跨度的塑料大棚进行风 振响应分析 讨论了塑料大棚脊高和肩高对节点位移风振系数的影响 并给出便于工程应用的整体位 移风振系数建议值 结果表明 风荷载作用下 塑料大棚位移呈双峰型曲线分布规律 第 1个位移峰值 出现在距离迎风面支座 1 0 m处 第 2个位移峰值出现在距离迎风面支座 6 3 m处 瞬时风荷载作用下的 最大位移为 平均风荷载作用下的 2 5倍左右 最大等效应力发生在迎风面支座处 瞬时风荷载作用下的 最大等效应力为 平均风荷载作用下的 2 1倍左右 塑料大棚脊高对节点位移风振系数影响较小 在保持 肩高不变的情况下 脊高从 3 4 m增加到 3 8 m 节点位移风振系数变化幅度约 5 当脊高不变时 节 点位移风振系 数随肩高增加而减小 对于 8 m跨度 肩高 1 8 2 0 m 脊高 3 4 3 8 m的塑料大棚 其 整体位移风振系数变化范围为 2 23 2 43 研究结 果为塑料大棚结构抗风设计提供了理论依据 关键词 塑料大棚 荷载 动力分析 风振响应 风振系数 中图分类号 S625 1 文献标志码 A 文章编号 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 基金项目 浙江省农业重大技术协同推广计划项目 2023ZDXT05 03 作者简介 王聪 1995 男 河南南阳人 博士 助理研究员 研究方向为农业设施结构与环境工程 Email wangcong 通信作者 朱隆静 E mail zhulongjing 网络首发时间 2025 08 25 15 38 30 网络首发地址 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 塑料大棚因其结构简单 经济效益较高等优点成为我国应用最为广泛的农业设施类型 1 截至 2022年 我国塑料大棚占地面积达 152万 hm2 约占设施园艺总面积的 53 2 结构上 塑料大棚属于轻型钢结构 具有自重轻 柔度大 阻尼小等特点 对外部可变荷载较为敏感 3 4 塑料大棚结构设计中 永久荷载占比较小 当雪荷载较小时 风荷载就起到控制作用 5 6 强风荷载作用下 塑料大棚在数秒内就可能破坏 7 8 塑料大棚强风荷载作用下的主要破 坏形式包括 失稳破坏 9 屈服破坏 10 节点破坏 11 薄膜破坏 12 和基础破坏 13 14 因此 为保证塑料大棚强风荷载作用下的安全性能 有必要对其进行抗风设计 塑料大棚结构抗风设计方法主要有 2种 准静态设计法和脉动风压设计法 15 准静态设 计法将风荷载等效为静力荷载 16 计算过程简单 Ren等 17 研究表明 大跨度外保温塑料大 棚在风荷载作用下易发生平面外失稳破坏 Lee等 18 探究了节点刚度半刚 性行为对塑料大棚 整体结构抗风性能的影响 董晓星等 19 对河南地区常用塑料大棚结构进行承载力计算发现 风荷载是最不利荷载 并提出不同风荷载等级下塑料大棚骨架截面规格选择建议 刘平等 20 研究发现 当棚架宽度与杆件长度比值在 0 60 0 66时 拱棚抗风性能最强 王健等 21 和 Liu 等 22 设计了互插式连栋塑料大棚 以拱杆互插连接代替传统连栋塑料大棚直立柱 并对其进 行风压分布和抗风性能分析发现 在相同风荷载作用下 互插式连栋塑料大棚受力均匀 抗 风性能优于常规塑料大棚 以曲梁基本方程为基础 郭韦佟等 23 和王佳佳等 24 分别建立了 考虑曲梁弯扭耦合变形特征的刚度矩阵模型和考虑曲梁大位移特征及二阶弯矩效应的线性 静力分析模型 可用于拱形塑料大棚屋面结构非线性受力分析 平面外分岔与极值点失稳计 算 为拱形塑料大棚纵向抗风设计提供理论基础 上述研究为塑料大棚结构抗风设计提供了参考 但在风荷载处理上 忽略了脉动风荷载 的动力特性 而脉动风荷载与风致损伤机理高度相关 25 26 因此 一些学者采用脉动风压设 计法对塑料大棚进行结构抗风设计 在整体结构设计方面 王军林等 27 对单层柱面网壳塑料 大棚开展全过程风荷载动力倒 塌分析发现 压杆与拉杆屈服是结构动力倒塌的主要原因 Sim等 28 基于 ABAQUS有限元软件对单跨塑料大棚进行风灾易损性分析发现 水平位移过大 是导致塑料大棚破坏的主要原因 姜迎春等 29 30 基于 Timoshenko梁理论提出可用于桁架结构 风振响应分析的 被研究 块体方法 并对跨度分别为 6 m和 10 m的桁架结构塑料大棚开展风振 响应分析 许晶等 31 和 Wang等 32 采用 ANSYS有限元软件对装配式单管拱形塑料大棚进行动 力 时程 分析 结果表明 塑料 大棚在瞬时风荷载作用下的结构响应明显大于平 均风荷载作用 下的结构响应 因此 在塑料大棚结构抗风设计中需考虑脉动风荷载的动力放大效应 然而 上述研究并未给出考虑脉动风荷载动力放大效应的风振系数建议值 不利于工程应用 对此 本研究以 8 m跨度的塑料大棚为研究对象 考虑脉动风荷载的放大效应 采用时 域法开展非线性动力 时程 分析 研究其在瞬时风荷载作用下的动力响应特性 分析脊高和肩 高对位移风振系数的影响 提出适用于工程的整体位移风振系数建议值 以期为塑料大棚结 构抗风设计提供依据