0.导语

在国家积极倡导创新驱动发展战略、大力推进科技自立自强的时代背景下，土木工程学院师生以其锐意创新的精神和宽广的学术视野，不断推动学院高质量发展。为此我院推出“ESI优秀科研成果速递”推文系列，精心遴选并深度剖析学院师生的优秀论文成果，覆盖土木工程、给排水工程、水利工程、交通工程等多个前沿领域，旨在通过这些成果背后的深刻洞察与前瞻思考，进一步激发广大师生的科研热情，促进学术交流与合作，携手并进，共同为土木工程领域的蓬勃发展贡献智慧与力量。

1.前言

近日，李栋副教授（第一作者）、朱琪茵（第二作者）和赖志超教授（通讯作者）、等合作发表了题为“Random vibration response and reliability analysis of hyperbolic parabolic membrane structures under typhoons”（台风作用下双曲抛物线型膜结构随机振动响应及可靠性分析）的研究成果。该论文发表在国际顶级学术期刊Thin-Walled Structures上， 该期刊系SCI检索期刊，JCR一区，中科院分区一区，TOP期刊，最新影响因子为5.6。本研究获得了国家自然科学基金项目（No.52108121）的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.tws.2024.112444

2.研究背景

20世纪以来，得益于化学工业和工程力学的迅速发展，轻质高强的新型复合建筑材料被研发出来。在保证建筑结构安全稳定的前提下，建筑物向着更大跨度，更轻自重的方向发展。为了满足这样的需求，新型的结构形式——膜结构便诞生了。由于膜结构有着自重轻，建筑跨度大的特点，更能适应于现代建筑发展的要求。与此同时，其对动力荷载（如风、雨、雪荷载和冰雹等）的作用十分敏感，这些动力荷载会使膜面产生大变形振动，导致膜面预应力的松弛、褶皱甚至膜面被撕扯破坏发生工程事故。因此，有必要为如何合理控制风荷载作用下膜结构的振动提供一定的理论依据，完善膜结构的设计理论，减少或防止工程事故的发生，从而推广膜结构在生活中的运用。

3.研究内容

本研究按照“理论研究—试验研究”的思路对双曲抛物线型膜结构在风荷载作用下的随机动力响应和可靠性进行研究。建立考虑非线性运动诱导气动力和非线性几何刚度综合影响的膜结构的运动方程，利用等效非线性系统方法对非线性运动方程进行解析处理，给出结构动态响应的解析解，并基于解析解评估了结构的可靠性。通过一系列风洞试验研究，得到试验数据并进行位移时程曲线分析和概率分布拟合，验证了所提出理论模型的准确性。

4.研究总结

本文深入探讨了台风对双曲抛物线型膜结构的气动性能及动力可靠性的影响。研究通过建立双曲抛物线型膜结构在非高斯风荷载下的运动控制方程，推导出一系列响应的解析解，涵盖概率密度函数、均值、均方根值、偏度和峰度等指标。同时，基于这些响应解计算了结构的可靠度指标和失效概率。风洞试验验证了所提出理论模型在高湍流度情况下对膜结构动力响应的准确估计。此外，文章深入讨论了几何非线性刚度、非线性运动引起的气动力、风速减小、矢跨比和预应力等因素对结构可靠度的影响。该研究为基于概率的膜结构抗风设计提供了可靠的理论基础。