影響橋梁及建筑結(jié)構(gòu)風(fēng)洞試驗結(jié)果若干因素研究.pdf

1、重大土木工程結(jié)構(gòu)，如大跨度橋梁、高聳建筑以及大跨空間建筑結(jié)構(gòu)都處于近地風(fēng)邊界層中，風(fēng)洞試驗是目前解決重大工程風(fēng)工程問題公認(rèn)的最有效的方法。近地風(fēng)引起的重大工程風(fēng)效應(yīng)研究目前以及將來很長一段時間還會依賴于物理風(fēng)洞試驗。如何提高風(fēng)洞試驗結(jié)果的可靠性與穩(wěn)定性是從事風(fēng)工程研究人員關(guān)心的重要問題。因此，為提高工程結(jié)構(gòu)風(fēng)致效應(yīng)研究的水平，對重大工程進(jìn)行精細(xì)化研究，需要深入、系統(tǒng)研究風(fēng)洞試驗技術(shù)的基本問題及各參數(shù)對結(jié)構(gòu)風(fēng)洞試驗結(jié)果的影響規(guī)律及誤差修正

2、方法。
　　本文首先總結(jié)了影響橋梁及建筑結(jié)構(gòu)風(fēng)洞試驗結(jié)果的若干因素。針對眾多影響因素選擇了以下幾種進(jìn)行專門研究。對16種不同的格柵進(jìn)行局部紊流風(fēng)場模擬，總結(jié)格柵條寬度、格柵條間距對風(fēng)洞不同斷面紊流強(qiáng)度、紊流積分尺度及脈動風(fēng)功率譜的影響規(guī)律。依據(jù)風(fēng)場試驗結(jié)果，選擇合適風(fēng)特性參數(shù)研究紊流強(qiáng)度、紊流積分尺度等參數(shù)對不同縮尺比橋梁主梁斷面及方形建筑結(jié)構(gòu)表面壓力分布影響規(guī)律。針對方形建筑結(jié)構(gòu)的Jensen數(shù)效應(yīng)進(jìn)行風(fēng)洞試驗，總結(jié)其對方形建筑

3、結(jié)構(gòu)不同風(fēng)向角平均風(fēng)荷載、脈動風(fēng)荷載及其頻域特性的影響規(guī)律。制作帶有附屬結(jié)構(gòu)（如欄桿、檢修車軌道）的橋梁斷面，研究附屬結(jié)構(gòu)對橋梁主梁雷諾數(shù)效應(yīng)的影響。通過節(jié)段模型風(fēng)洞試驗，研究二元端板、長寬比等因素對不同類型橋梁斷面試驗結(jié)果的影響。通過以上試驗，總結(jié)局部紊流風(fēng)場模擬規(guī)律及不同參數(shù)對橋梁及建筑結(jié)構(gòu)風(fēng)洞試驗結(jié)果的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明：
　?。?）當(dāng)固定格柵中心方孔尺寸后，紊流強(qiáng)度隨格柵寬度的增大而增大，格柵越窄，紊流強(qiáng)度越低，數(shù)據(jù)的

4、穩(wěn)定性越好。紊流積分尺度的變化規(guī)律不如紊流強(qiáng)度變化規(guī)律明顯，但基本符合隨格柵寬度增大而增大的規(guī)律。當(dāng)格柵中心孔尺寸為30cm—40cm時，格柵寬度與中心孔的尺寸比為0.5左右時會出現(xiàn)較大的紊流積分尺度，最大紊流積分尺度基本和中心方孔的尺寸相當(dāng)。并給出了通過格柵寬度與格柵中心孔尺寸估算紊流強(qiáng)度與紊流積分尺度的經(jīng)驗公式；
　?。?）方形建筑結(jié)構(gòu)及橋梁結(jié)構(gòu)表面負(fù)壓區(qū)平均風(fēng)壓均會隨來流紊流強(qiáng)度增大而減小，脈動風(fēng)壓會隨來流紊流強(qiáng)度增大而增大

5、，外形規(guī)則的方形建筑結(jié)構(gòu)表面平均風(fēng)壓與脈動風(fēng)壓隨來流紊流強(qiáng)度變化而變化的幅值比較規(guī)律，可以通過公式進(jìn)行估算。來流紊流強(qiáng)度增大10％，會使迎風(fēng)面平均風(fēng)壓變化10%—16%，側(cè)風(fēng)面平均風(fēng)壓變化16%—20%，背風(fēng)面變化20%左右。外形較復(fù)雜的橋梁等其它結(jié)構(gòu)表面平均風(fēng)壓與脈動風(fēng)壓隨紊流強(qiáng)度的變化幅值會受風(fēng)向角、風(fēng)攻角、特征紊流等多重因素影響，不便對其進(jìn)行定量估算。平均風(fēng)壓的絕對值會隨紊流積分尺度增大而增大，但變化幅值沒有明顯規(guī)律。脈動風(fēng)壓受紊

6、流積分尺度的影響很小。
　?。?）Jensen數(shù)變化對方形建筑脈動風(fēng)荷載的影響不可忽略。Jensen數(shù)由6000減小到1200，方形建筑順風(fēng)向脈動風(fēng)荷載、橫風(fēng)向脈動風(fēng)荷載及基底脈動風(fēng)扭矩明顯增大，增大幅度約2倍—2.5倍，Jensen數(shù)變化對順風(fēng)向、橫風(fēng)向及基底扭矩平均風(fēng)荷載的影響均很小，最大變化幅度不超過30%。
　?。?）結(jié)構(gòu)表面平均風(fēng)壓如為正壓，會隨雷諾數(shù)增大而增大；如為負(fù)壓，會隨雷諾數(shù)增大而減小。脈動風(fēng)壓會隨雷諾數(shù)增

7、大而減小。來流紊流積分尺度越大，結(jié)構(gòu)側(cè)風(fēng)面及背風(fēng)面平均風(fēng)壓與脈動風(fēng)壓的雷諾數(shù)效應(yīng)越明顯。三分力系數(shù)—雷諾數(shù)曲線對檢修車軌道和欄桿表現(xiàn)出不同敏感特性。進(jìn)行測壓風(fēng)洞試驗時，應(yīng)盡可能避開雷諾數(shù)的臨界區(qū)，在超臨界區(qū)平均風(fēng)壓系數(shù)與脈動風(fēng)壓系數(shù)的雷諾數(shù)效應(yīng)趨于減弱。
　　（5）節(jié)段模型靜三分力試驗合適的長寬比應(yīng)該大于2:1，長寬比越大，得到的靜三分力數(shù)據(jù)越穩(wěn)定，可靠性越好。但節(jié)段模型長寬比大于2:1后，不同斷面間的展向相關(guān)性會逐漸減低，為了保