【摘要】：方形斷面是土木工程領(lǐng)域中高聳結(jié)構(gòu)常用的一種斷面形式,方形斷面高聳結(jié)構(gòu)在特定風(fēng)向角下會(huì)發(fā)生馳振,氣動(dòng)阻尼為負(fù),結(jié)構(gòu)從來(lái)流中吸收能量從而產(chǎn)生風(fēng)致大幅振動(dòng),對(duì)結(jié)構(gòu)造成較嚴(yán)重破壞。以往學(xué)者往往只針對(duì)垂直風(fēng)向下方形斷面結(jié)構(gòu)研究其馳振氣動(dòng)力特性,而實(shí)際工程中的方形柱體結(jié)構(gòu)常常處于斜向風(fēng)作用下,其氣動(dòng)力的分布規(guī)律及估算方法尚不清楚,風(fēng)致振動(dòng)特性也尚不明確。本文針對(duì)斜置方柱靜態(tài)氣動(dòng)力特性進(jìn)行了剛性模型測(cè)壓風(fēng)洞試驗(yàn)研究,分析了斜向風(fēng)作用下結(jié)構(gòu)表面風(fēng)壓分布規(guī)律,風(fēng)偏角、風(fēng)向角對(duì)方柱結(jié)構(gòu)氣動(dòng)特性的影響。并基于準(zhǔn)定常假設(shè)對(duì)斜向風(fēng)下方柱的馳振特性進(jìn)行了分析,得到了以下主要結(jié)論:(1)風(fēng)偏角(來(lái)流垂直于結(jié)構(gòu)軸向的分量與來(lái)流之間的夾角)較小時(shí),采用傳統(tǒng)風(fēng)速分解法僅可以有效地估計(jì)駐點(diǎn)與分離點(diǎn)之間的風(fēng)壓,并不適用于斜置方柱完整氣動(dòng)力的估算;(2)當(dāng)風(fēng)偏角較小時(shí),方形斷面模型的靜態(tài)氣動(dòng)力特性分布規(guī)律與垂直風(fēng)向時(shí)基本一致,力系數(shù)的、風(fēng)壓系數(shù)的分布均在垂直風(fēng)向時(shí)取得最大值,因此從靜力角度看,當(dāng)來(lái)流與結(jié)構(gòu)軸向夾角較大時(shí)斜向風(fēng)作用下結(jié)構(gòu)的平均風(fēng)荷載更小。(3)隨風(fēng)偏角的增大旋渦脫落強(qiáng)度減弱,旋渦脫落強(qiáng)度最強(qiáng)的位置自上游向下游移動(dòng),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(fēng)下結(jié)構(gòu)馳振不穩(wěn)定區(qū)域比垂直風(fēng)向下略有增大,發(fā)生馳振的臨界風(fēng)速也變小。斜向風(fēng)作用下方形斷面結(jié)構(gòu)更容易引發(fā)馳振。
【學(xué)位授予單位】：石家莊鐵道大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TU312.1
【圖文】：

以往學(xué)者對(duì)方形斷面結(jié)構(gòu)進(jìn)行了大量的研究，主要分析來(lái)流湍流度、雷諾比、長(zhǎng)細(xì)比等不同工況下方柱繞流情況，其中以長(zhǎng)寬相等、結(jié)構(gòu)軸向與來(lái)工況為主，通過(guò)分析結(jié)構(gòu)表面風(fēng)壓分布情況得出作用在結(jié)構(gòu)上的靜力作可能發(fā)生振動(dòng)的作用機(jī)理，從而總結(jié)出有利于結(jié)構(gòu)抗風(fēng)的工程措施及結(jié)。然而，來(lái)流與結(jié)構(gòu)軸向夾角小于 90°的情況也真實(shí)存在，如山區(qū)中風(fēng)速往往是平行于山坡與豎直建設(shè)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(jiǎn)化為方形斷面柱體，來(lái)流之間的夾角多數(shù)情況下不垂直，因此風(fēng)偏角不可忽略。

以往學(xué)者對(duì)方形斷面結(jié)構(gòu)進(jìn)行了大量的研究，主要分析來(lái)流湍流度、雷諾比、長(zhǎng)細(xì)比等不同工況下方柱繞流情況，其中以長(zhǎng)寬相等、結(jié)構(gòu)軸向與來(lái)工況為主，通過(guò)分析結(jié)構(gòu)表面風(fēng)壓分布情況得出作用在結(jié)構(gòu)上的靜力作可能發(fā)生振動(dòng)的作用機(jī)理，從而總結(jié)出有利于結(jié)構(gòu)抗風(fēng)的工程措施及結(jié)。然而，來(lái)流與結(jié)構(gòu)軸向夾角小于 90°的情況也真實(shí)存在，如山區(qū)中風(fēng)速往往是平行于山坡與豎直建設(shè)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(jiǎn)化為方形斷面柱體，來(lái)流之間的夾角多數(shù)情況下不垂直，因此風(fēng)偏角不可忽略。

圖 1-3 處于斜向風(fēng)作用下的方形建筑1.2 研究現(xiàn)狀及存在問(wèn)題1.2.1 方柱氣動(dòng)力特性研究現(xiàn)狀方形斷面的高聳、細(xì)長(zhǎng)建筑物以及構(gòu)筑物在強(qiáng)風(fēng)作用下易產(chǎn)生振動(dòng)甚至遭到破壞，風(fēng)荷載常成為其控制荷載。這類結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載常常被簡(jiǎn)化為垂直風(fēng)向下二維方形斷面上的氣動(dòng)力。很多學(xué)者對(duì)方形斷面結(jié)構(gòu)進(jìn)行了數(shù)值模擬、風(fēng)洞試驗(yàn)研究，分析了方形斷面柱體的風(fēng)壓分布、升阻力系數(shù)、Strouhal 數(shù)等氣動(dòng)力特性，研究結(jié)果表明，垂直風(fēng)向下風(fēng)向角 α=0°時(shí)氣流經(jīng)過(guò)方形柱體前緣棱邊時(shí)發(fā)生流體分離，并伴隨著回流或轉(zhuǎn)捩，在上下表面產(chǎn)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(dòng)布局以及多種湍流度下的

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2803786