典型风场和风压的分形特征及分形模拟研究

发布时间：2020-05-29 00:15

【摘要】：随着现代科学技术的进步发展以及土木工程相关领域的基础理论的成熟和完善,使得建造复杂轻柔的建筑形式成为可能,而这种建筑结构通常会产生较大的风致响应,因此对其进行抗风分析也成为必要的步骤之一。而进行抗风分析最重要的就有有较为真实的风速或者风压。那么除了根据现场实测获取风场内的风速时程以及建筑表面的风压时程外,在不适宜采用现场实测方法的情况下,风速的数值模拟以及风洞试验也就成了研究风速或者风压的相关特征的重要方式。分形理论在土木工程的相关领域均有所运用,在风工程中主要用于分析风速或者风压的分形特征以及风速的预测等,其实这些运用总结起来就是两点,一是分形特征机理分析,二是分形模拟。本文将在已有的研究上对风速以及风压的分形模拟做进一步的研究和完善。首先进行了不同风场的风洞试验,并且选取不同风场的风速时程和风压时程作为样本数据。然后介绍了传统的风速数值模拟方法——谐波叠加法和风速的分形模拟方法,将分形维数作为参数之一考虑到风速的模拟当中,同时还介绍了不同风场的建筑表面的风压的分形模拟方法。然后利用谐波叠加法模拟了A、B、C三类风场的风速,并且计算各类风场的模拟风速的盒维数,湍流度和功率谱,然后与分形模拟方法和风洞试验所得风速的盒维数,湍流度和功率谱做对比,发现谐波叠加法模拟所得风速的盒维数在三类风场中几乎没有变化,该方法不能表现出不同风场的风速的分形特征。最后从自相似的角度分析三种方式所得的风速的功率谱,说明造成这种现象的原因。接着利用域重新标度法验证了风洞试验中A、B、C三类风场的风速具有明显的分形特征,并且利用域重新标度法对分形模拟方法所模拟的风速进行的分形特征的验证,结果表明分形模拟方法所得风速具有明显的分形特征,进一步说明了分形模拟方法能够有效的体现风速的分形特征,完善了风速的分形模拟方法。最后将分形函数WM函数考虑到不同风场的低矮房屋表面的风压模拟当中,并且对比各类风场中建筑表明的风压时程的盒维数和风洞试验中风压时程的盒维数的变化规律。说明分形函数在风压的模拟中同样适用,且可以使模拟的不同风场内建筑表面的风压具有不同的分形特征。
【图文】：

典型风场和风压的分形特征及分形模拟研究地，有 3 座输电塔这种高耸结构的被大风吹致倒塌。2005 年 6 月，同样的情况生在了江苏泗阳，当时的大风致使 10 座输电塔发生倒塌破坏从而引起了大面积区域停电，破坏来的突然没有预防，此次大风灾害的影响范围非常大[ 4]。还比容易受到风的影响的一类结构物就是跨度非常大的桥梁了，跨度大风振响应相会很大，更容易发生风振事故。于苏格兰的 Dryburgh Abbey 桥、英格兰的 Tay和较为著名的美国塔科马大桥等均是由于风荷载的影响，遭受过各种程度的振而破坏[ 5]。但是近几十年来随着结构风振研究的加深，虽然不时的依然会有类的事件发生，但是像塔科马大桥这种的整体桥梁完全颤振导致毁坏的事故没有发生。所以结构的抗风分析相关的理论和实践的发展能够尽可能的对这类灾害患于未然，这使得工程结构抗风的研究变得更具有现实意义。

囵馐沟霉こ探峁箍狗绲难芯勘涞酶闵哂邢质狄庖濉Ｍ?1.1 河南省体育中心屋盖破坏图 图 1.2 输电塔被风吹断图 1.3 塔科马大桥的破坏 图 1.4 冷却塔受风振破坏图1.2 风工程的研究方法1.2.1 风工程包含内容风工程主要是由多种动力科学互相影响而形成的一门交叉学科[ 6]，结构的风工程的研究是对风的研究的大方向中的一个小方向，该方向主要为了分析和研究风的基本特征以及建筑结构所受到的风致响应等。概括起来说，风工程的主要研究对象就包含了三大方向：风与结构互相作用时的结构风工程；汽车和船等交通运输工具在行驶过程中受到的空气动力工程；
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU312.1

【参考文献】

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1 吴红华;徐阳;呼腊梅;秦付倩;李正农;;近地面脉动风速时程的分形模拟研究[J];地震工程与工程振动;2015年04期

2 张传雄;李正农;史文海;;台风“菲特”影响下温州某高层建筑顶部风场特性实测分析[J];地震工程与工程振动;2015年01期

3 罗叠峰;李正农;回忆;;海边三栋相邻高层建筑顶部台风风场实测分析[J];建筑结构学报;2014年12期

4 袁波;曾明会;李霞昭;;基于FFT技术对脉动风的计算机模拟及其Matlab的实现[J];四川建筑科学研究;2013年05期

5 胡尚瑜;李秋胜;戴益民;李正农;;近地台风风场特性及低矮房屋风荷载现场实测研究[J];建筑结构学报;2013年06期

6 刘磊;胡非;李军;宋丽莉;;基于Weierstrass-Mandelbrot函数的分形风速脉动仿真[J];气候与环境研究;2013年01期

7 史文海;李正农;罗叠峰;张传雄;梁笑寒;;台风“鲇鱼”作用下厦门沿海某超高层建筑的风场和风压特性实测研究[J];建筑结构学报;2012年01期

8 赵庆贤;葛秀坤;邵辉;;Tacoma大桥风振致毁事故机理分析与模拟[J];中国安全生产科学技术;2011年11期

9 楼文娟;李进晓;沈国辉;黄铭枫;;超高层建筑脉动风压的非高斯特性[J];浙江大学学报(工学版);2011年04期

10 李锦华;李春祥;申建红;;非高斯脉动风压的模拟研究[J];振动与冲击;2009年09期

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1 胡耀耀;风场及房屋表面风压的分形特性研究[D];湖南大学;2017年

2 曾沁敏;大跨空间结构风荷载数值模拟及风振系数分析[D];天津大学;2006年

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本文编号：2686058