大跨度空間結構風場實測系統(tǒng)研究及應用.pdf

1、隨著結構體系、建筑材料、設計和施工技術的進步，現(xiàn)代建筑朝著高度越來越高、跨度越來越大的方向發(fā)展，使得工程結構逐漸呈現(xiàn)質量輕、柔度大、阻尼小和自振頻率較低的特性，風荷載往往成為控制結構設計的主要荷載。目前，風洞試驗方法仍然是結構抗風研究的最主要方法，但由于其是縮尺模型試驗，風洞試驗模擬的湍流度難以達到實際值，描述流體特征的重要參數(shù)雷諾數(shù)也比實際值低2到3個數(shù)量級。而現(xiàn)場實測是最直接可靠的手段，可以有效驗證和改進風洞試驗、數(shù)值風洞的結果及模

2、擬方法，促進整個風工程研究方法的發(fā)展。
　　本文列舉了國內外幾起大跨度屋蓋結構遭受風災破壞的例子，指出大跨度屋蓋結構因質量輕、阻尼小、自振周期小而對風荷載十分敏感，因此抗風設計十分關鍵。而傳統(tǒng)最常用的抗風研究手段風洞試驗、CFD數(shù)值模擬均存在一定的局限性和不足，推動結構原型風場實測十分有必要;國內外由于受制于實測所需的人力物力成本及有線實測在布線上的問題，對于大跨度屋蓋結構實測研究極少。本課題組首次開發(fā)出基于無線傳感網絡技術的風場

3、實測系統(tǒng)，較好的解決了以上的問題，可望促進大跨度空間結構領域風場實測的大規(guī)模開展，促進風工程研究的進步。
　　介紹了風場實測系統(tǒng)的基本理論，脈動風速是風速中的動力成分，無論在宏觀上還是在微觀上都是隨機的，因此風工程中用隨機振動的方法分析風速。文章介紹了隨機振動的基本知識和分析方法如FFT、相關性分析等，風特性分析的幾種參數(shù)定義如湍流度、陣風系數(shù)等，包括一些經典的脈動風速功率譜，介紹了已有根據(jù)風洞試驗、CFD數(shù)值模擬得到的大跨度屋蓋

4、結構上風荷載分布特性。
　　文章闡述了本課題組開發(fā)的風場實測系統(tǒng)的構成，包括風速風向傳感器、風壓傳感器的相關參數(shù)，無線傳感網絡的拓撲結構和組網技術，實測軟件的系統(tǒng)構架、功能和編制原理。
　　在實驗室完成了系統(tǒng)的驗證試驗，實測系統(tǒng)在電風扇產生的周期變化的風場作用下，風速風向測點和風壓測點的功率譜均在同一個頻率達到峰值，驗證了系統(tǒng)的正確性;隨后將本應用于工程—國家體育場大跨度屋蓋風速風向實測上，獲取了大量有價值的數(shù)據(jù)，并對實測數(shù)