影響橋梁及建筑結構風洞試驗結果若干因素研究.pdf

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

2、方法。
　　本文首先總結了影響橋梁及建筑結構風洞試驗結果的若干因素。針對眾多影響因素選擇了以下幾種進行專門研究。對16種不同的格柵進行局部紊流風場模擬，總結格柵條寬度、格柵條間距對風洞不同斷面紊流強度、紊流積分尺度及脈動風功率譜的影響規(guī)律。依據風場試驗結果，選擇合適風特性參數研究紊流強度、紊流積分尺度等參數對不同縮尺比橋梁主梁斷面及方形建筑結構表面壓力分布影響規(guī)律。針對方形建筑結構的Jensen數效應進行風洞試驗，總結其對方形建筑

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

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。并給出了通過格柵寬度與格柵中心孔尺寸估算紊流強度與紊流積分尺度的經驗公式；
　　（2）方形建筑結構及橋梁結構表面負壓區(qū)平均風壓均會隨來流紊流強度增大而減小，脈動風壓會隨來流紊流強度增大而增大

5、，外形規(guī)則的方形建筑結構表面平均風壓與脈動風壓隨來流紊流強度變化而變化的幅值比較規(guī)律，可以通過公式進行估算。來流紊流強度增大10％，會使迎風面平均風壓變化10%—16%，側風面平均風壓變化16%—20%，背風面變化20%左右。外形較復雜的橋梁等其它結構表面平均風壓與脈動風壓隨紊流強度的變化幅值會受風向角、風攻角、特征紊流等多重因素影響，不便對其進行定量估算。平均風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。脈動風壓受紊

6、流積分尺度的影響很小。
　?。?）Jensen數變化對方形建筑脈動風荷載的影響不可忽略。Jensen數由6000減小到1200，方形建筑順風向脈動風荷載、橫風向脈動風荷載及基底脈動風扭矩明顯增大，增大幅度約2倍—2.5倍，Jensen數變化對順風向、橫風向及基底扭矩平均風荷載的影響均很小，最大變化幅度不超過30%。
　?。?）結構表面平均風壓如為正壓，會隨雷諾數增大而增大；如為負壓，會隨雷諾數增大而減小。脈動風壓會隨雷諾數增

7、大而減小。來流紊流積分尺度越大，結構側風面及背風面平均風壓與脈動風壓的雷諾數效應越明顯。三分力系數—雷諾數曲線對檢修車軌道和欄桿表現出不同敏感特性。進行測壓風洞試驗時，應盡可能避開雷諾數的臨界區(qū)，在超臨界區(qū)平均風壓系數與脈動風壓系數的雷諾數效應趨于減弱。
　　（5）節(jié)段模型靜三分力試驗合適的長寬比應該大于2:1，長寬比越大，得到的靜三分力數據越穩(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性會逐漸減低，為了保