隨著中國城鎮(zhèn)化的迅速發(fā)展,城市高層建筑變得愈來愈密集,而由于高層建筑阻尼小,風荷載往往成為設計中需要考慮的主要荷載之一,因此建筑抗風研究就愈來愈必要。目前建筑抗風的研究手段主要有風洞試驗、現(xiàn)場實測和數(shù)值模擬。風洞試驗由于能夠較好地模擬大氣邊界層風場,且能夠多次重復試驗,相比現(xiàn)場實測耗時少,因此風洞試驗成為建筑抗風研究的最主要手段。雖然國內(nèi)風洞實驗室總量較多,但地區(qū)分布不均,諸如河南等地區(qū)目前還沒有大型風洞實驗室,這對建筑抗風的試驗研究形成了限制。眾所周知,汽車行駛過程中能夠產(chǎn)生風,而風洞試驗是由大型風機轉(zhuǎn)動產(chǎn)生風。為了研究一種便捷、經(jīng)濟且可靠的建筑抗風試驗方法,參照風洞試驗的方法將建筑縮尺模型固定在車頂試驗平臺上,利用汽車行駛產(chǎn)生的相對風場對縮尺模型風壓系數(shù)進行試驗研究。這就提出了一種利用汽車行駛產(chǎn)生風測試標準模型建筑風壓系數(shù)的跑車試驗方法。首先,研制了利用汽車行駛風測試標準模型建筑風壓系數(shù)跑車試驗方法的硬件系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)的研制包括跑車試驗裝置構造和設備裝置的研制及組裝。為了保證跑車試驗風速的穩(wěn)定性,跑車試驗選擇一輛具有定速巡航功能的小汽車;為了將縮尺模型固定在車頂并能夠變換不同風向角,設計了跑車試驗方法的物理試驗平臺及其與小汽車的組裝;為了研究車頂不同高度的風速特性,自行研制了可變換不同高度的皮托管測量架;為了能夠?qū)崿F(xiàn)多種儀器設備可同時工作,對風速測試儀器(皮托管)、振動測試儀器(拾振器)和風壓測試儀器(風壓傳感器)等多種設備進行簡單集成;為了保證跑車試驗方法的硬件系統(tǒng)能穩(wěn)定工作,制定了跑車試驗步驟并選擇了合適的試驗路況。研究結果表明:試驗汽車速度穩(wěn)定,滿足試驗要求;跑車試驗所研制的物理試驗平臺能夠與汽車穩(wěn)定組裝,且物理試驗平臺具備調(diào)整風向角功能;所研制的皮托管測量架具備調(diào)整皮托管高度和位置的功能,適用于跑車試驗方法;跑車試驗測試標準模型建筑風壓所需的風速測試儀器、振動測試儀器和風壓測試儀器可同時工作;跑車試驗方法的測試步驟和路況滿足試驗要求且儀器設備可穩(wěn)定工作。其次,開發(fā)了跑車試驗方法測試標準模型建筑風壓數(shù)據(jù)處理的軟件系統(tǒng)。數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)主要包括風壓數(shù)據(jù)預處理開發(fā)和風壓數(shù)據(jù)后處理開發(fā)。數(shù)據(jù)預處理基于MATLAB軟件開發(fā)了兩大模塊:剔除奇異值、數(shù)據(jù)平滑處理。數(shù)據(jù)后處理開發(fā)采用MATLAB GUI模塊編程實現(xiàn),可將數(shù)據(jù)采集軟件得到的電壓信號轉(zhuǎn)換為風壓信號,還可同時計算20個測點的平均風壓系數(shù),并可對風壓測點進行時程分析和頻域分析。研究結果表明:數(shù)據(jù)預處理軟件能夠?qū)崿F(xiàn)對異常數(shù)據(jù)的剔除,數(shù)據(jù)平滑處理模塊可有效減小隨機誤差,該軟件能夠有效對試驗數(shù)據(jù)進行預處理,提高數(shù)據(jù)精度;數(shù)據(jù)后處理軟件能快速地對20個測點的平均風壓系數(shù)進行計算,可提高跑車試驗方法測試標準模型建筑風壓系數(shù)的試驗效率。最后,驗證了利用汽車行駛風測試標準模型建筑風壓系數(shù)跑車試驗方法的可行性。利用自行設計的皮托管測量架研究了50 km/h、72 km/h和90 km/h車速下車頂不同高度的風特性;研究了72 km/h車速下汽車振動對跑車試驗的試驗風速的影響;分析了72 km/h車速得到的動壓數(shù)據(jù)和3個典型測點風壓數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性狀況,并分析了三種不同車速下典型測點的風壓系數(shù)結果;研究了72 km/h車速下利用跑車試驗方法所得到的CAARC標準模型20個測點的平均風壓系數(shù),并驗證了跑車試驗方法測試標準模型建筑風壓系數(shù)是否可行。研究結果表明:隨著車速的增大,車頂不同高度的風速均勻程度呈現(xiàn)增大趨勢,考慮行車安全性等因素選擇72 km/h作為跑車試驗方法標準模型測壓的試驗車速;汽車振動對跑車試驗標準模型測壓中的試驗風速影響很小,不同風向角下汽車振動對風速的影響可以忽略;不同風向角下動壓時程曲線整體較為平穩(wěn),風壓數(shù)據(jù)經(jīng)處理后毛刺現(xiàn)象明顯改善且穩(wěn)定性提高;不同車速對CAARC標準模型典型測點的平均風壓系數(shù)基本無影響,且跑車試驗方法可重復性操作;除極個別測點外跑車試驗所得CAARC標準模型的平均風壓系數(shù)曲線與風洞試驗結果吻合較好,利用汽車行駛風測試標準模型建筑風壓系數(shù)的跑車試驗方法具有一定可行性。
【學位單位】：鄭州大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：U467
【部分圖文】：

及意義濟的快速發(fā)展和城鎮(zhèn)化進程的加快，城市高層技術的迅速發(fā)展使得高層建筑結構越來越輕柔適性的關鍵因素[1-5]。臺風、颶風等極端風荷載經(jīng)濟損失，同時造成許多高層建筑受到不同程17 年 8 月強臺風“天鴿”席卷我國華南地區(qū)，，僅珠海市就有 275 間房屋倒塌，圖 1.1 給出了層建筑。為了減小風荷載對建筑造成的危害，作，其中對建筑風壓系數(shù)的研究是建筑抗風

圖 1.2 風洞實驗室風洞實驗室在投入使用前需要對風洞流場品質(zhì)進行建筑標準模型的風壓進行測試，并將風壓系數(shù)結果與ELBOURNE 首次將 6 家風洞機構得到的 CAARC 標動風壓系數(shù)結果進行了比較，并認為總體上各個機構析了 6 家風洞機構的試驗結果出現(xiàn)部分微小差異的實驗室的風場校核提供參考[36]。TANAKA 和 AWECAARC 標準模型進行了測壓試驗，指出小縮尺比對平內(nèi)也有多家風洞機構開展了 CAARC 標準模型風壓系 B 類和 D 類風場下縮尺比為 1:300 的 CAARC 標準模機構的平均風壓系數(shù)結果進行對比，指出 TJ-2 風洞場[38]。由上文可知，CAARC 標準模型具有較高的通，因此跑車試驗方法選擇 CAARC 標準模型作為試驗所得標準模型結果與相關風洞機構結果對比以驗證跑

圖 2.1 跑車試驗汽車理試驗平臺的設計能夠?qū)⒃囼災Ｐ凸潭ㄔ谄図敳壳夷苷{(diào)整模型風向角，依據(jù)計了跑車試驗方法的物理試驗平臺。物理試驗平臺主要由矩，如圖 2.2 所示。為了保證物理試驗平臺不發(fā)生較大振動，矩大的 5 mm 厚鋼板切割焊接制作。由于受汽車天窗尺寸的限制 mm，寬 600 mm（圖 2.2（a））。如圖 2.2（b）所示，轉(zhuǎn)盤由邊鋼板和直徑 3.5 cm 的轉(zhuǎn)軸通過點焊焊接而成，轉(zhuǎn)盤上鉆有 孔（圖 2.2（b）中 6 #、7 #和 8 #鉆孔），用于將 CAARC 標定在轉(zhuǎn)盤上。為了將物理試驗平臺固定到汽車頂部并將皮托架固定到試驗平臺上，在矩形平臺上鉆有 6 個鉆孔。其中 1 左前方，該位置來流未受到模型干擾，將皮托管固定在 1 #鉆、4 #和 5 #鉆孔直徑 10 mm，通過在鉆孔內(nèi)插入螺栓并固定夾定在車頂。0 #鉆孔用于將皮托管測量架固定在矩形平臺上。

【參考文獻】

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本文編號：2824464