论文部分内容阅读
通过刚性模型表面测压风洞试验,采集到雷诺数Re=26559～1912128范围内矩形截面柱表面风荷载信息,进而对结构表面风荷载的幅域、频域特性进行了雷诺数效应分析。本文的主要工作与结论包括：(1)本文的风洞试验涉及四类风场条件：0%湍流度风场,20%湍流度风场、B类地貌风场、D类地貌风场条件；三类宽厚比：B/D=1/3、1、3,；模型缩尺比1：600、1：300、1：100、1：50；由作者执行风洞试验总工况数为149种,此外还包含师兄陈寅博士执行的52个工况,全文涉及风洞试验工况201种。(2)风荷载的雷诺数效应与来流平均风速、风场湍流度、模型截面类型、模型缩尺比等有关。本文分析了矩形柱体的各个面上测点风压、各个面上层间风荷载、以及顺、横、扭三个方向风荷载幅域、频域的雷诺数效应,并对幅域参数进行公式拟合。通过分析发现由风速改变引起的雷诺数效应较弱,而结构迎风面尺寸(模型几何缩尺比)变化时,高湍流度条件下雷诺数效应较为明显。(3)在竖向均匀流场中,迎风面层间平均风压系数、均方根风压系数的雷诺数效应在大多数工况中不明显。在背风面,面平均风压系数随着宽厚比的改变变化较大,由几何缩尺引起的雷诺数效应也可以被明显的观察到。在高湍流度条件下,背风面平均风压系数和均方根风压系数随雷诺数的增加有减小的趋势。而在频域,分别采用湍流积分尺度和结构迎风面尺寸计算折算频率时,背风面风荷载频域参数在特定频段内表现出较为明显的雷诺数效应。(4)在竖向均匀流场中,侧面均方根风压系数随雷诺数的增加先增大后减小。在频域,侧面测点风荷载谱、层间风荷载谱、层间扭转谱在高于涡脱频率的频段内风荷载能量随雷诺数效增大有减小的趋势。两个侧面相关性的雷诺数效应可以被观测到。(5)B、D类风场工况的雷诺数范围为Re=26559-317952。在该雷诺数范围内,平均阻力系数和均方根阻力系数随雷诺数增加会减小5%-10%；横风向B类地貌条件下均方根升力系数随雷诺数改变的变化在5%-10%范围内。D类地貌条件下,对于不同长宽比截面柱而言,S=1：300模型均方根升力系数值比S=1：600模型大10～20%左右；均方根扭矩系数的雷诺数仅在B/D=1/3条件下较明显,其他截面形式柱体的均方根扭转系数值都较小。(6)B、D类风场工况频域顺风向雷诺数效应不明显。在横风向和扭转向,折算频率nB/V=2·St～4·S范围内层间风荷载谱能量随雷诺数增加由增加的趋势,但是由于风荷载谱能量在该频段内相对较小,所以雷诺数效应不会对结构动力响应评估产生较大影响。(7)各类不同风场条件下,B/D=1/3模型Strouhal数分布范围为0.03-0.16,B/D=1和B/D=3模型Strouhal数分布在0.1附近,总体上Strouhal数的雷诺数效应不明显。