臺(tái)風(fēng)風(fēng)場下角鋼塔風(fēng)振特性風(fēng)洞試驗(yàn)研究

對低層雙坡屋面和四坡屋面建筑進(jìn)行了風(fēng)洞試驗(yàn)研究,考慮了屋面形式、屋面坡度、來流方向和挑檐長度等不同因素對屋面風(fēng)壓分布的影響,分析了屋面平均和脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)的分布特性。結(jié)果表明,0°風(fēng)向角(來流垂直吹向屋脊)、屋面坡度為30°時(shí),迎風(fēng)屋面屋檐及屋脊附近形成較高負(fù)壓,迎風(fēng)屋面風(fēng)壓系數(shù)呈環(huán)狀分布;屋面坡度為15°時(shí),迎風(fēng)屋面風(fēng)壓系數(shù)呈階梯狀分布。屋面體型系數(shù)受風(fēng)向角、屋面坡度和屋面形式的影響較大:0°風(fēng)向角、雙坡屋面模型中,15°屋面坡度迎風(fēng)屋面體型系數(shù)為30°屋面坡度的2.76倍;四坡屋面模型中,15°屋面坡度迎風(fēng)屋面體型系數(shù)為30°屋面坡度的2.28倍;背風(fēng)屋面體型系數(shù)受屋面坡度的影響較小;0°和45°風(fēng)向角下,對于15°和30°屋面坡度,當(dāng)屋面坡度相同,屋面形式由雙坡改為四坡時(shí),迎風(fēng)屋面的體型系數(shù)絕對值有所增大,屋面更容易受力破壞,但對背風(fēng)屋面的影響較小。

通過風(fēng)洞測力試驗(yàn),研究了不同沙濃度和風(fēng)速條件下風(fēng)沙對低矮建筑整體受力的影響。研究結(jié)果表明:和凈風(fēng)工況相比,風(fēng)沙對低矮建筑整體受力有著較大影響。風(fēng)沙對低矮建筑平均基底剪力系數(shù)有著明顯的增大作用,且沙濃度越大,增大的越明顯。而對于脈動(dòng)基底剪力系數(shù)的影響,除了與沙濃度有關(guān)之外,還與指示風(fēng)速有關(guān)。當(dāng)風(fēng)速較小時(shí),風(fēng)沙增大了試驗(yàn)房的脈動(dòng)效應(yīng),而當(dāng)風(fēng)速較大時(shí),風(fēng)沙減小了試驗(yàn)房的脈動(dòng)效應(yīng)。

針對作用于通信角鋼塔的風(fēng)荷載特點(diǎn),將風(fēng)荷載中脈動(dòng)風(fēng)視為平穩(wěn)的高斯隨機(jī)過程。從隨機(jī)理論出發(fā),考慮空間相關(guān)性,采用諧波合成法模擬出脈動(dòng)風(fēng)荷載的時(shí)程曲線。所采用的人工模擬風(fēng)速時(shí)程曲線可應(yīng)用于一般高聳結(jié)構(gòu)的脈動(dòng)風(fēng)荷載模擬,符合風(fēng)速隨機(jī)過程的一般統(tǒng)計(jì)特征且具有很好的隨機(jī)性。最后以通信角鋼塔為工程背景,建立有限元模型,采用ansys的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析模塊計(jì)算了通信角鋼塔結(jié)構(gòu)的風(fēng)振響應(yīng),并根據(jù)計(jì)算結(jié)果分析通信角鋼塔結(jié)構(gòu)風(fēng)振系數(shù)的取值。

在邊界層風(fēng)洞中,用高頻底坐五分量天平技術(shù)對caarc模型的荷載風(fēng)振系數(shù)進(jìn)行研究,并與用氣動(dòng)彈性模型測得的荷載風(fēng)振系數(shù)進(jìn)行比較,兩者的結(jié)果相差不大。由于天平技術(shù)只考慮第一振型并且是線形振型的影響,所以用其測得的荷載風(fēng)振系數(shù)僅僅是建(構(gòu))筑物頂部的風(fēng)振系數(shù),獲得的一些結(jié)果可作為修訂有關(guān)規(guī)范時(shí)參考。

橋梁應(yīng)具有抵抗風(fēng)作用的能力,特別是大跨度橋梁,其柔性較大,設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮顫振、抖振、渦激振動(dòng)等空氣動(dòng)力問題,通過抗風(fēng)設(shè)計(jì)、風(fēng)洞試驗(yàn)、抗風(fēng)措施來確定橋梁風(fēng)荷載和抗風(fēng)性能是大跨度柔性橋梁抗風(fēng)研究的主要手段。

大跨屋蓋結(jié)構(gòu)風(fēng)效應(yīng)的風(fēng)洞試驗(yàn)與原型實(shí)測研究——以廣州國際會(huì)展中心為工程案例，進(jìn)行了剛性模型風(fēng)洞試驗(yàn)和有限元模態(tài)分析，在此基礎(chǔ)上計(jì)算了屋蓋的風(fēng)致位移響應(yīng)，結(jié)果表明，對于屋蓋風(fēng)振響應(yīng)影響最大的因素是結(jié)構(gòu)的基階振型，其次才是風(fēng)荷載；隨著阻尼比的增加...

分析了某高層建筑的多通道同步測壓風(fēng)洞試驗(yàn)。利用隨機(jī)振動(dòng)理論計(jì)算了結(jié)構(gòu)等效靜力風(fēng)荷載,分析了風(fēng)荷載隨風(fēng)向的變化關(guān)系,計(jì)算了結(jié)構(gòu)頂部峰值加速度響應(yīng),對居住者舒適度進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

基于列車穿越大風(fēng)區(qū)時(shí)其氣動(dòng)力顯著增大,可能導(dǎo)致列車脫軌及傾覆等事故,采用風(fēng)洞試驗(yàn)方法研究不同高度擋風(fēng)墻下動(dòng)車組氣動(dòng)特性和觸網(wǎng)處風(fēng)速,分析大風(fēng)環(huán)境下高速鐵路擋風(fēng)墻的防風(fēng)效果進(jìn)而比選確定擋風(fēng)墻結(jié)構(gòu)主要參數(shù)。研究結(jié)果表明:動(dòng)車組在平地情況下的升力系數(shù)、側(cè)力系數(shù)和傾覆力矩系數(shù)隨側(cè)滑角的增大而增大；當(dāng)設(shè)置2.5m高擋風(fēng)墻時(shí),動(dòng)車組的升力系數(shù)、側(cè)力系數(shù)和傾覆力矩系數(shù)的絕對值均大幅度降低；當(dāng)擋風(fēng)墻增高至5.0m時(shí),對動(dòng)車組有一定的防護(hù)作用,但其防護(hù)性能比2.5m高擋風(fēng)墻的防護(hù)效果差；設(shè)置2.5m高擋風(fēng)墻對接觸線有一定防護(hù)效果,5.0m高擋風(fēng)墻使得接觸線和承力索處的風(fēng)速均大幅度下降,最小降幅達(dá)到55%,說明5.0m高擋風(fēng)墻對接觸網(wǎng)有更好的防護(hù)作用。綜合考慮擋風(fēng)墻對動(dòng)車組傾覆的安全防護(hù)、接觸網(wǎng)的防護(hù)及其自身加強(qiáng)措施、結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)合理性,建議大風(fēng)區(qū)高速鐵路擋風(fēng)墻的合理高度為軌面以上2.5m。

對美國佛羅里達(dá)州邁阿密市區(qū)內(nèi)一棟具有復(fù)雜外形的低層民用建筑剛體模型進(jìn)行測壓風(fēng)洞試驗(yàn),研究了由于建筑物過于接近所形成的夾縫內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的風(fēng)壓分布特性及其相關(guān)影響因素。結(jié)果表明,任意風(fēng)場下建筑物夾縫內(nèi)始終處于負(fù)壓狀態(tài),甚至產(chǎn)生局部不安全因素。進(jìn)入夾縫的風(fēng)量和風(fēng)速與夾縫內(nèi)負(fù)壓力絕對值成正比例關(guān)系。適當(dāng)對夾縫進(jìn)行遮擋能有效減小縫內(nèi)負(fù)壓效應(yīng)。

目前超高層建筑結(jié)構(gòu)風(fēng)振分析常采用的是規(guī)范的簡化理論方法和基于風(fēng)洞試驗(yàn)方法頻域方法,隨著結(jié)構(gòu)體型的復(fù)雜化或周邊建筑對風(fēng)場有明顯干擾時(shí),進(jìn)行結(jié)構(gòu)風(fēng)振時(shí)程分析是更為簡單直接有效的方法。本文通過編程實(shí)現(xiàn)生成風(fēng)洞試驗(yàn)中風(fēng)荷載時(shí)程數(shù)據(jù)并導(dǎo)入有限元分析軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)的時(shí)程分析,獲得整體結(jié)構(gòu)位移、內(nèi)力以及加速度時(shí)程等重要數(shù)據(jù),為規(guī)范方法不適用的超高層建筑結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)分析及舒適度評(píng)估提供了可行的方法。

對自行研制的一船用空氣推進(jìn)導(dǎo)管螺旋槳系統(tǒng)的導(dǎo)管和槳后整流支架的空氣動(dòng)力學(xué)性能在試驗(yàn)雷諾數(shù)范圍進(jìn)行了風(fēng)洞模型試驗(yàn)研究。研究結(jié)果表明,導(dǎo)管和槳后整流支架明顯改善了系統(tǒng)的空氣動(dòng)力學(xué)性能,螺旋槳系統(tǒng)的推力系數(shù)和效率都有較明顯提高,螺旋槳系統(tǒng)的原地靜推力和倒車性能也得到很大改善。

進(jìn)行了榆林機(jī)場航站樓的測壓風(fēng)洞試驗(yàn),研究了建筑物各墻面存在開孔較大且不均勻時(shí)所造成的內(nèi)部壓力改變對建筑物體型系數(shù)的影響,并通過與《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》gb50009-2001中關(guān)于體型系數(shù)、內(nèi)部壓力系數(shù)規(guī)定的比較,提出了關(guān)于風(fēng)荷載體型系數(shù)的幾點(diǎn)修訂建議。

大跨屋蓋結(jié)構(gòu)剛性模型風(fēng)洞試驗(yàn)研究——以株洲體育中心大跨屋蓋為背景，通過剛性模型的風(fēng)洞試驗(yàn)研究，獲得了大跨屋蓋結(jié)構(gòu)在各種不同情況下的平均風(fēng)壓系數(shù)分布規(guī)律，為體育場屋蓋在不同情況下的風(fēng)振響應(yīng)理論分析提供了依據(jù)．

由于壁面的存在，風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)M的流場與真實(shí)大氣的自由流場存在差別．在特定情況下，阻塞效應(yīng)將對流場和建筑風(fēng)荷載產(chǎn)生嚴(yán)重影響，導(dǎo)致風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生較大誤差．然而，當(dāng)前結(jié)構(gòu)風(fēng)工程研究人員對阻塞效應(yīng)的認(rèn)識(shí)尚且不足．首先，簡要介紹了阻塞效應(yīng)的機(jī)理，并歸納了阻塞效應(yīng)對流場和建筑風(fēng)荷載的影響．然后，總結(jié)了阻塞效應(yīng)的影響因素（來流特性，建筑的外形、數(shù)量和布置方式等），回顧了涉及試驗(yàn)和數(shù)值模擬的阻塞效應(yīng)修正方法，并列出了重要文獻(xiàn)中對阻塞比的規(guī)定．最后，提出了今后值得研究的方向．

針對立體視覺測量技術(shù)在風(fēng)洞試驗(yàn)中的應(yīng)用特征,設(shè)計(jì)基于線陣ccd的三目視覺立體測量系統(tǒng)。利用基于雙高斯物鏡的組合透鏡,在降低光學(xué)畸變的前提下實(shí)現(xiàn)點(diǎn)光源到線光源的變換。組合鏡頭可對ccd進(jìn)行三自由度微調(diào),保證測量目標(biāo)成像于焦平面附近。在系統(tǒng)標(biāo)定過程中利用三坐標(biāo)測量機(jī)構(gòu)建虛擬陣列靶,以最大限度地提高標(biāo)定靶精度。實(shí)例應(yīng)用結(jié)果表明,該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)三自由度虛擬飛行系統(tǒng)模型運(yùn)動(dòng)軌跡的追蹤及自由振動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械阻尼的測量。

以中華城商業(yè)社區(qū)高層建筑群為工程背景,采用rngk-ε湍流模型模擬了建筑群中超高層建筑的表面平均風(fēng)壓分布及周圍風(fēng)環(huán)境,計(jì)算了與風(fēng)洞試驗(yàn)等雷諾數(shù)及增大來流風(fēng)速和模型尺寸提高雷諾數(shù)后的兩類雷諾數(shù)工況,并同風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對比。結(jié)果表明,在等雷諾數(shù)情況下,風(fēng)洞試驗(yàn)和數(shù)值模擬得到的超高層建筑表面風(fēng)壓分布較為一致,數(shù)值差別在15%以內(nèi);數(shù)值模擬與試驗(yàn)雷諾數(shù)相差25倍的工況中,當(dāng)多數(shù)建筑主軸向與來流風(fēng)速成一定角度時(shí),超高層建筑的風(fēng)壓分布及周圍流場的數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)較一致;當(dāng)多數(shù)建筑主軸向與來流風(fēng)速平行時(shí),尾流中旋渦分布的數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)差異明顯,但平均風(fēng)壓分布的數(shù)值模擬與試驗(yàn)結(jié)果略顯差別。

基于一棟立面上有多個(gè)開洞的矩形截面超高層建筑的剛性模型表面壓力測量風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果,分析了矩形截面超高層建筑在長邊立面上不同開洞工況下建筑各表面平均風(fēng)壓系數(shù)和最不利風(fēng)壓系數(shù)的變化規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明:當(dāng)建筑長邊迎風(fēng)時(shí),開洞使得背風(fēng)面洞口附近的平均風(fēng)壓系數(shù)絕對值增大,但迎風(fēng)面上的平均風(fēng)壓系數(shù)變化很小;當(dāng)建筑短邊迎風(fēng)時(shí),開洞對洞口附近的平均風(fēng)壓系數(shù)和最不利正風(fēng)壓系數(shù)均只有微弱影響,但對其最不利負(fù)風(fēng)壓系數(shù)卻有很大影響,特別是中部開洞,將使其周圍的最不利負(fù)風(fēng)壓系數(shù)增大一倍以上;開洞對短邊立面上的最不利風(fēng)壓系數(shù)不產(chǎn)生明顯的影響。為有結(jié)構(gòu)開洞的高層建筑洞口附近的圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了參考數(shù)據(jù)。

介紹了建筑物風(fēng)環(huán)境的風(fēng)洞模擬，行人高度風(fēng)測量探頭的設(shè)計(jì)、標(biāo)定和數(shù)據(jù)處理。采用這種探頭，在氣動(dòng)中心低速所４ｍ×３ｍ風(fēng)洞的長１５ｍ、寬４ｍ、高２．２ｍ風(fēng)工程試驗(yàn)段進(jìn)行了比例為１∶３００的建筑群模型的行人高度風(fēng)環(huán)境試驗(yàn)研究，結(jié)果說明這座新高層建筑物的落成，對其周圍某些位置的行人高度風(fēng)環(huán)境有嚴(yán)重的影響。

某鋼管混凝土框架混凝土核心筒超高層建筑,結(jié)構(gòu)對風(fēng)荷載十分敏感,風(fēng)環(huán)境較為復(fù)雜。通過風(fēng)洞試驗(yàn)研究了凹角矩形超高層建筑的風(fēng)荷載特性;針對順風(fēng)荷載、橫向風(fēng)荷載以及扭轉(zhuǎn)風(fēng)荷載,對比了基于風(fēng)洞數(shù)據(jù)和規(guī)范公式得到的結(jié)構(gòu)反應(yīng),明確本工程規(guī)范公式的適用性;分析了采用風(fēng)洞數(shù)據(jù)應(yīng)用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的荷載組合,同時(shí)利用風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行風(fēng)振時(shí)程分析,得到結(jié)構(gòu)的舒適度評(píng)價(jià),并與公式結(jié)果進(jìn)行對比,為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

角鋼塔基本自振周期計(jì)算影響到風(fēng)荷載及地震作用計(jì)算,自振周期與結(jié)構(gòu)質(zhì)量和剛度的分布情況相關(guān)。通過求解剛度矩陣和質(zhì)量矩陣可得到角鋼塔的自振周期,計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮角鋼塔平臺(tái)的設(shè)置位置、數(shù)量以及下部建筑物的影響。為此建立有限元模型,計(jì)算分析各種情況下的角鋼塔自振周期。計(jì)算結(jié)果表明,頂部平臺(tái)對自振周期影響很大,且平臺(tái)高度越大對自振周期影響權(quán)重越大;下部混凝土建筑對自振周期影響很大,自振周期計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮整體結(jié)構(gòu)的影響?；炷两ㄖ锔叨却笥诮卿撍r(shí),可直接選取混凝土結(jié)構(gòu)自振周期作為角鋼塔自振周期。根據(jù)計(jì)算結(jié)果擬合得到的簡化公式,對角鋼塔的設(shè)計(jì)具有參考價(jià)值。

規(guī)范所提供的風(fēng)荷載遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代復(fù)雜建筑結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)要求,必須進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn).對不同結(jié)構(gòu)類型及部位(如高層結(jié)構(gòu)、大跨屋蓋、玻璃幕墻等)所需要的風(fēng)洞試驗(yàn)資料及風(fēng)荷載參數(shù)都是不同的,簡單地提供建筑物的抗風(fēng)設(shè)計(jì)參數(shù)不能滿足各結(jié)構(gòu)物和維護(hù)體系設(shè)計(jì)的需要.本文切合實(shí)際結(jié)構(gòu),建立了面向各類結(jié)構(gòu)物各抗風(fēng)設(shè)計(jì)階段的風(fēng)洞試驗(yàn)方法.

利用開路式風(fēng)洞系統(tǒng)和sympatec激光粒度儀測試了參考噴頭的霧譜尺寸以此作為噴頭霧譜等級(jí)的依據(jù)。對扇形霧噴頭在不同壓力、風(fēng)速、噴頭與激光粒度儀距離情況下的霧滴粒徑、數(shù)量和范圍進(jìn)行了試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明,壓力、風(fēng)速、噴頭與激光粒度儀之間距離的增大,都導(dǎo)致扇形霧噴頭的霧滴體積中徑變小,尺寸小于150μm的霧滴占全部霧滴體積的百分比變大,增加了農(nóng)藥脫靶飄移的可能性,同時(shí)壓力和風(fēng)速的增大都導(dǎo)致部分噴頭的霧譜等級(jí)降低。為了保證激光粒度儀對霧滴粒徑測試結(jié)果的可靠性,可以使用風(fēng)洞試驗(yàn)和調(diào)整噴頭與激光粒度儀的距離,來減小因細(xì)小霧滴通過激光束過程中速度迅速衰減而對測量結(jié)果帶來的影響。