关键词:
风敏感结构
气动抗风措施
风荷载特性
风洞试验
数值模拟
摘要:
风敏感结构是指具有质量轻、柔性大、阻尼小、自振频率低等特点的一类特殊结构,包括超高层建筑、大跨度悬挑屋盖及大跨度桥梁等,风荷载是其结构设计主要控制性荷载。减小风敏感结构的风荷载及其风致效应一直是结构风工程研究的核心问题之一。根据空气动力学基本原理,作用于建筑表面的风荷载与建筑物外形密切相关,调整建筑物外形或周边环境、设置导流装置等气动抗风措施是提高风敏感结构抗风性能最为经济的方式。
本文以典型风敏感结构(超高层建筑、大跨度悬挑屋盖及大跨度桥梁)为研究对象,采用风洞试验与数值模拟相结合的方法对其风荷载特性进行研究,并在此基础上,通过改变外形或周边环境、设置导流装置等多种途径,对风敏感结构的气动抗风措施进行了研究,用于提高该类结构的抗风性能。具体内容如下:
(1)超高层建筑:将超高层外形截面设置为沿高度逐渐减小的锥形是一种有效的气动抗风措施。本文采用风洞试验的方法,从频域的角度确定了锥率对超高层建筑风荷载特性的影响;根据试验结果,采用最小二乘拟合方法得到了超高层建筑层风力数学模型,与其它经验模型相比,本文提出的层风力数学模型更适合于设置一定锥率的超高层建筑。
(2)大跨度悬挑屋盖:以典型大跨度悬挑屋盖为研究对象,采用风洞试验与数值模拟相结合的方法,对该类结构的风荷载分布特性进行了分析;试验与数值分析结果表明,本文所建立的数值模型可以较好模拟复杂大跨屋盖绕流问题;通过本文建立的数值模型,从气动抗风的角度研究了屋盖倾角、附属建筑物对屋盖表面风压的影响。
(3)大跨度桥梁:以典型大跨度独塔自锚式悬索桥为研究对象,建立了主梁节断模型的二维绕流数值模型,并通过与已有实验数据对比,验证了本文所建立模型的有效性;根据本文建立的数值模型研究了主梁三分力特性,从气动抗风的角度研究了稳定板和导流板对主梁三分力的影响。