【摘要】：方形斷面是土木工程領域中高聳結構常用的一種斷面形式,方形斷面高聳結構在特定風向角下會發(fā)生馳振,氣動阻尼為負,結構從來流中吸收能量從而產生風致大幅振動,對結構造成較嚴重破壞。以往學者往往只針對垂直風向下方形斷面結構研究其馳振氣動力特性,而實際工程中的方形柱體結構常常處于斜向風作用下,其氣動力的分布規(guī)律及估算方法尚不清楚,風致振動特性也尚不明確。本文針對斜置方柱靜態(tài)氣動力特性進行了剛性模型測壓風洞試驗研究,分析了斜向風作用下結構表面風壓分布規(guī)律,風偏角、風向角對方柱結構氣動特性的影響。并基于準定常假設對斜向風下方柱的馳振特性進行了分析,得到了以下主要結論:(1)風偏角(來流垂直于結構軸向的分量與來流之間的夾角)較小時,采用傳統(tǒng)風速分解法僅可以有效地估計駐點與分離點之間的風壓,并不適用于斜置方柱完整氣動力的估算;(2)當風偏角較小時,方形斷面模型的靜態(tài)氣動力特性分布規(guī)律與垂直風向時基本一致,力系數(shù)的、風壓系數(shù)的分布均在垂直風向時取得最大值,因此從靜力角度看,當來流與結構軸向夾角較大時斜向風作用下結構的平均風荷載更小。(3)隨風偏角的增大旋渦脫落強度減弱,旋渦脫落強度最強的位置自上游向下游移動,斯托羅哈數(shù)的極值增大,更用易引發(fā)渦激共振。(4)斜向風下結構馳振不穩(wěn)定區(qū)域比垂直風向下略有增大,發(fā)生馳振的臨界風速也變小。斜向風作用下方形斷面結構更容易引發(fā)馳振。
【學位授予單位】：石家莊鐵道大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TU312.1
【圖文】：

以往學者對方形斷面結構進行了大量的研究，主要分析來流湍流度、雷諾比、長細比等不同工況下方柱繞流情況，其中以長寬相等、結構軸向與來工況為主，通過分析結構表面風壓分布情況得出作用在結構上的靜力作可能發(fā)生振動的作用機理，從而總結出有利于結構抗風的工程措施及結。然而，來流與結構軸向夾角小于 90°的情況也真實存在，如山區(qū)中風速往往是平行于山坡與豎直建設的建筑物之間并不垂直，再比如兩高聳建間的連廊（如圖 1-3 所示），這些封閉的連廊可以簡化為方形斷面柱體，來流之間的夾角多數(shù)情況下不垂直，因此風偏角不可忽略。

以往學者對方形斷面結構進行了大量的研究，主要分析來流湍流度、雷諾比、長細比等不同工況下方柱繞流情況，其中以長寬相等、結構軸向與來工況為主，通過分析結構表面風壓分布情況得出作用在結構上的靜力作可能發(fā)生振動的作用機理，從而總結出有利于結構抗風的工程措施及結。然而，來流與結構軸向夾角小于 90°的情況也真實存在，如山區(qū)中風速往往是平行于山坡與豎直建設的建筑物之間并不垂直，再比如兩高聳建間的連廊（如圖 1-3 所示），這些封閉的連廊可以簡化為方形斷面柱體，來流之間的夾角多數(shù)情況下不垂直，因此風偏角不可忽略。

圖 1-3 處于斜向風作用下的方形建筑1.2 研究現(xiàn)狀及存在問題1.2.1 方柱氣動力特性研究現(xiàn)狀方形斷面的高聳、細長建筑物以及構筑物在強風作用下易產生振動甚至遭到破壞，風荷載常成為其控制荷載。這類結構的風荷載常常被簡化為垂直風向下二維方形斷面上的氣動力。很多學者對方形斷面結構進行了數(shù)值模擬、風洞試驗研究，分析了方形斷面柱體的風壓分布、升阻力系數(shù)、Strouhal 數(shù)等氣動力特性，研究結果表明，垂直風向下風向角 α=0°時氣流經過方形柱體前緣棱邊時發(fā)生流體分離，并伴隨著回流或轉捩，在上下表面產生大尺度和不穩(wěn)定的旋渦脫落，尾流寬度較大。李江河[3]等研究了單方柱及方柱群體在多種氣動布局以及多種湍流度下的

【參考文獻】

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本文編號：2803786