[分享]风洞试验数据浅析

发表于2019-04-14    550人浏览    1人跟帖    筑龙币+100  复制链接  只看楼主

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风洞试验单位在做风洞模型时,会根据模型尺寸布置一些测点。风洞实测的是各个测点的风压时程,然后根据测点数据积分换算为层数据,简化计算用的是层钢片模型。

01、时程数据

时程数据在每个测试角度(一般每10°~30°为一个测试角度)给出三组数据,分别为X向、Y向和Z向。在结构模型中,进行风时程数据加载时。注意:

  • 按照相似比对时间间隔进行换算(与风向角也有关系);

  • 按照重现期对风压标准值进行换算;

  • 考虑风压折减系数(只和来流风向有关,不同风向折减不同,和粗糙度类别无关,按照规范规定,最多可折减25%);

以上需要和风洞试验单位沟通确认。

注意,三个方向的数据是同时测得的,直接加载到模型中,不需要考虑组合系数。

02、静风数据

风洞试验单位会提供一个各个测试角度楼层风荷载的数据,这些数据是根据时程数据(统计)计算的。计算之后,Fx、Fy、Mz不会同时发生。不能按原始数据直接加载到模型中。

03、PM文件数据

在YJK或PKPM中加载风荷载,我们的最终依据是风洞试验单位提供的PM文件。PM文件一般有三个。一个文件有六列数据,格式与YJK或PKPM一致。Fxx,Fxy,Mx;Fyx,Fyy,My, 这六列数据其实对应X向风和Y向风两个工况。

PM1:选择X向基底弯矩绝对值最大对应的角度,选择Y向基底弯矩绝对值最大对应的角度;

PM2:选择X向基底弯矩反向绝对最大对应的角度,选择Y向基底弯矩反向绝对最大对应的角度;

PM3:选择正向Mz绝对最大对应的角度,选择反向Mz绝对最大对应的角度。

注意,将静风数据转换为可以加载的PM数据时,要考虑一个风荷载分量组合系数。这个系数考虑的就是相关性,具体可以根据风工程相关理论公式计算得出。

对结构计算指标来说,通常情况下,PM1起控制作用;对结构配筋来说,PM2、PM3可能也会有影响。

04、风荷载效应计算

风荷载具有较强的随机性,对结构进行风荷载效应响应分析时,通常采用Davenport提出的Equivalent Static Loads Method。该方法将风荷载的动态效应用一种与其等效的静态荷载来表示,然后计算结构的脉动风极值效应。具体计算如下式:

Ymax=Ym+g*Ry

其中,Y代表结构响应;Ym和Ry分别代表过程Y的均值及均方根;g为峰值因子。

关于峰值因子,多数文献建议取值3.0~5.0。06版国标《荷载规范》取为2.2;12版国标《荷载规范》取为2.5。

注意:广东省《荷载规范》在计算维护结构阵风系数时,对基本风压大于或等于0.5kN/m2的地区,将峰值因子由2.5提高到3.0.

05、刚性模型的问题

目前的高层建筑风洞试验,一般采用刚性模型。刚性模型不考虑结构响应与流场的相互影响。

按照刚性模型测得数据后,通常需要采用数据分析模拟二者的相互影响作用。

如果我们拿到风洞数据后,发现结构可以优化调整,甚至是建筑方案调整(比如增加层数,调整功能等),调整之后,结构频率就会发生变化。事实上,需要风洞单位按照新的结构频率对风洞数据进行调整,但不需要重新做风洞试验。

实际操作时,我们一般不再要求风洞单位重提数据,前提是结构变化较小。如果变化较大,或者横风向风振明显(对周期敏感),还是建议按照新的结构特性,对风洞数据再次复核。

06、风洞数据与规范计算值的差异

由于风洞试验,考虑了建筑的实际外形,周边建筑干扰和遮挡的影响,风气候分析等因素,风洞试验数据与规范计算值必然存在差异,而且,通常情况下,风洞试验数据偏小。

但是风洞试验有一定离散性,数据有时不是很可靠。怎么避免这个问题呢?

《建筑工程风洞试验方法标准》规定:

由取定的风荷载得出的主轴方向基底弯矩不应低于现行国家标准《建筑结构荷载规范》规定计算值的80%.

这一条就为风洞试验结果定了一个下限。其逻辑类似于规范对最小剪重比的规定。



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 发表于2019-04-15  | 只看该作者      

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