试验车类型对跑车试验方法测试结构静气动力系数的影响

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结构静气动力系数是预防结构风致灾害和优化结构抗风性能的重要参数,在结构抗风研究中应用广泛。目前研究结构静气动力系数的研究方法主要有风洞试验、数值模拟和现场实测等,多成本高昂且难以实操,而跑车试验方法成本低廉、无阻塞效应、简便易行,能够为结构风工程提供新的尝试。试验车类型将影响跑车试验测量结果,但目前相关研究极少,故本文以CAARC标准建筑模型和三棱柱节段模型为试验对象,在良好天气时采用不同类型试验车在笔直平坦的高速公路上进行跑车试验,研究试验车类型对测试结构顺风向、横风向和竖向气动性能的影响,并以风洞试验结果为参照,对跑车试验方法所适用的试验车型进行总结,以期为跑车试验的发展提供借鉴与参考。首先,研究试验车类型对测试结构顺风向气动性能的影响。试验以标准建筑模型和三棱柱节段模型为研究对象,研究试验车类型对测试结构顺风向平均风压系数、脉动风压系数、阻力系数和脉动阻力系数的影响。流场模拟结果表明,结构顺风向振动使结构迎风面和背风面形成涡结构,进而影响结构顺风向气动性能。其次,研究试验车类型对测试结构竖向气动性能的影响。试验以三棱柱节段模型为研究对象,研究试验车类型对测试结构竖向平均风压系数、脉动风压系数、升力系数和脉动升力系数的影响。试验结果表明不同类型试验车测得三棱柱模型竖向底面脉动风压系数在来流风速超过85 km/h时趋向于稳定值;流场模拟结果表明,结构竖向振动使结构底面的涡旋脱落发生改变,进而影响结构竖向气动性能。然后,研究试验车类型对测试结构横风向气动性能的影响。试验以标准建筑模型为研究对象,研究试验车类型对测试结构横风向平均风压系数、脉动风压系数、风压相关系数的影响。试验结果表明试验车测得结构横风向振动加速度均方根越小,横风向测点与典型测点间的相关性越强;流场模拟结果表明,结构横风向振动影响横风向的涡旋脱落和顺风向背风面尾流,横风向涡旋脱落的改变直接影响结构横风向气动性能。最后,上述三方面试验结果表明,轿车和SUV车型测得结构静气动力系数与风洞试验测试结果相比误差小于5.00%;皮卡车和大型车测得结构顺风向阻力系数与风洞试验测试结果相比绝对误差分别小于5.00%和15.00%;皮卡车和大型车测得三棱柱模型竖向升力系数与风洞试验测试结果相比绝对误差超过20%。因此,轿车和SUV车型对测试结构气动性能精度的影响可以忽略,适宜做跑车试验;皮卡车和大型车亦可用于做跑车试验,但是需要采取相关措施提高试验结果精度。
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