斜向风下方形断面结构驰振特性试验研究
发布时间：2020-08-25 14:02
【摘要】：方形断面是土木工程领域中高耸结构常用的一种断面形式,方形断面高耸结构在特定风向角下会发生驰振,气动阻尼为负,结构从来流中吸收能量从而产生风致大幅振动,对结构造成较严重破坏。以往学者往往只针对垂直风向下方形断面结构研究其驰振气动力特性,而实际工程中的方形柱体结构常常处于斜向风作用下,其气动力的分布规律及估算方法尚不清楚,风致振动特性也尚不明确。本文针对斜置方柱静态气动力特性进行了刚性模型测压风洞试验研究,分析了斜向风作用下结构表面风压分布规律,风偏角、风向角对方柱结构气动特性的影响。并基于准定常假设对斜向风下方柱的驰振特性进行了分析,得到了以下主要结论:(1)风偏角(来流垂直于结构轴向的分量与来流之间的夹角)较小时,采用传统风速分解法仅可以有效地估计驻点与分离点之间的风压,并不适用于斜置方柱完整气动力的估算;(2)当风偏角较小时,方形断面模型的静态气动力特性分布规律与垂直风向时基本一致,力系数的、风压系数的分布均在垂直风向时取得最大值,因此从静力角度看,当来流与结构轴向夹角较大时斜向风作用下结构的平均风荷载更小。(3)随风偏角的增大旋涡脱落强度减弱,旋涡脱落强度最强的位置自上游向下游移动,斯托罗哈数的极值增大,更用易引发涡激共振。(4)斜向风下结构驰振不稳定区域比垂直风向下略有增大,发生驰振的临界风速也变小。斜向风作用下方形断面结构更容易引发驰振。
【学位授予单位】：石家庄铁道大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU312.1
【图文】：
以往学者对方形断面结构进行了大量的研究，主要分析来流湍流度、雷诺比、长细比等不同工况下方柱绕流情况，其中以长宽相等、结构轴向与来工况为主，通过分析结构表面风压分布情况得出作用在结构上的静力作可能发生振动的作用机理，从而总结出有利于结构抗风的工程措施及结。然而，来流与结构轴向夹角小于 90°的情况也真实存在，如山区中风速往往是平行于山坡与竖直建设的建筑物之间并不垂直，再比如两高耸建间的连廊（如图 1-3 所示），这些封闭的连廊可以简化为方形断面柱体，来流之间的夹角多数情况下不垂直，因此风偏角不可忽略。
以往学者对方形断面结构进行了大量的研究，主要分析来流湍流度、雷诺比、长细比等不同工况下方柱绕流情况，其中以长宽相等、结构轴向与来工况为主，通过分析结构表面风压分布情况得出作用在结构上的静力作可能发生振动的作用机理，从而总结出有利于结构抗风的工程措施及结。然而，来流与结构轴向夹角小于 90°的情况也真实存在，如山区中风速往往是平行于山坡与竖直建设的建筑物之间并不垂直，再比如两高耸建间的连廊（如图 1-3 所示），这些封闭的连廊可以简化为方形断面柱体，来流之间的夹角多数情况下不垂直，因此风偏角不可忽略。
图 1-3 处于斜向风作用下的方形建筑1.2 研究现状及存在问题1.2.1 方柱气动力特性研究现状方形断面的高耸、细长建筑物以及构筑物在强风作用下易产生振动甚至遭到破坏，风荷载常成为其控制荷载。这类结构的风荷载常常被简化为垂直风向下二维方形断面上的气动力。很多学者对方形断面结构进行了数值模拟、风洞试验研究，分析了方形断面柱体的风压分布、升阻力系数、Strouhal 数等气动力特性，研究结果表明，垂直风向下风向角 α=0°时气流经过方形柱体前缘棱边时发生流体分离，并伴随着回流或转捩，在上下表面产生大尺度和不稳定的旋涡脱落，尾流宽度较大。李江河[3]等研究了单方柱及方柱群体在多种气动布局以及多种湍流度下的
本文编号：2803786
【学位授予单位】：石家庄铁道大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU312.1
【图文】：
以往学者对方形断面结构进行了大量的研究，主要分析来流湍流度、雷诺比、长细比等不同工况下方柱绕流情况，其中以长宽相等、结构轴向与来工况为主，通过分析结构表面风压分布情况得出作用在结构上的静力作可能发生振动的作用机理，从而总结出有利于结构抗风的工程措施及结。然而，来流与结构轴向夹角小于 90°的情况也真实存在，如山区中风速往往是平行于山坡与竖直建设的建筑物之间并不垂直，再比如两高耸建间的连廊（如图 1-3 所示），这些封闭的连廊可以简化为方形断面柱体，来流之间的夹角多数情况下不垂直，因此风偏角不可忽略。
以往学者对方形断面结构进行了大量的研究，主要分析来流湍流度、雷诺比、长细比等不同工况下方柱绕流情况，其中以长宽相等、结构轴向与来工况为主，通过分析结构表面风压分布情况得出作用在结构上的静力作可能发生振动的作用机理，从而总结出有利于结构抗风的工程措施及结。然而，来流与结构轴向夹角小于 90°的情况也真实存在，如山区中风速往往是平行于山坡与竖直建设的建筑物之间并不垂直，再比如两高耸建间的连廊（如图 1-3 所示），这些封闭的连廊可以简化为方形断面柱体，来流之间的夹角多数情况下不垂直，因此风偏角不可忽略。
图 1-3 处于斜向风作用下的方形建筑1.2 研究现状及存在问题1.2.1 方柱气动力特性研究现状方形断面的高耸、细长建筑物以及构筑物在强风作用下易产生振动甚至遭到破坏，风荷载常成为其控制荷载。这类结构的风荷载常常被简化为垂直风向下二维方形断面上的气动力。很多学者对方形断面结构进行了数值模拟、风洞试验研究，分析了方形断面柱体的风压分布、升阻力系数、Strouhal 数等气动力特性，研究结果表明，垂直风向下风向角 α=0°时气流经过方形柱体前缘棱边时发生流体分离，并伴随着回流或转捩，在上下表面产生大尺度和不稳定的旋涡脱落，尾流宽度较大。李江河[3]等研究了单方柱及方柱群体在多种气动布局以及多种湍流度下的
【参考文献】
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1 丁静;方形截面桥塔的驰振机理及气动制振措施研究[D];西南交通大学;2015年
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