矩形超高层建筑横风向脉动风力.Ⅰ:基本特征

阐述系列论文的第一部分。对7个矩形截面超高层建筑模型进行了同步测压风洞试验。研究了横风向风力系数的根方差、功率谱密度、竖向相关性系数和相干函数的基本特征。通过对比不同厚宽比、不同风场的试验结果,研究了这两个参数对横风向脉动风力的影响效果。研究结果表明,厚宽比的影响效果最为显著,厚宽比不同,横风向脉动风力的作用机理可能也有所不同。     

矩形截面高层建筑气动基底扭矩系数均方根值研究

利用高频天平技术,在4种不同风场中对71种不同几何参数的矩形截面高层建筑刚性模型进行了风洞试验,得到了典型风向角下气动基底扭矩系数均方根值,考察了建筑厚宽比、长细比及建筑所处风场类型对气动基底扭矩系数均方根值的影响。不同厚宽比的矩形建筑的气动扭矩的作用不同,试验结果表明厚宽比对气动基底扭矩系数均方根值的影响很大;长细比不同导致的基底扭矩系数均方根值的差异主要是由模型顶部三维流的比重变化引起的,试验结果显示长细比的影响可以忽略不计;风场类型对基底扭矩系数均方根值的影响强弱随厚宽比的变化而变化。基于试验数据,拟合得到了矩形截面高层建筑的气动基底扭矩系数均方根值的经验公式,并对其进行了误差分析。通过与国内外相关研究成果的比较,验证了该拟合公式的精度与合理性,可以为荷载规范的修订和补充提供很好的参考。     

不同立面收缩形式圆角弧边三角形超高层建筑的气动力特性

为探索立面变化对圆角弧边三角形超高层建筑气动力特性的影响,采用风洞试验方法对6种立面收缩形式的建筑物进行了表面风压测试,研究了不同立面收缩形式、不同地貌和风向角情况下建筑三分力系数、横风向弯矩系数功率谱以及层脉动升力系数功率谱的变化特性。结果显示：锥度化和同向退台均可有效降低平均阻力系数、平均升力系数以及脉动升力系数,且降幅随锥度增大而增大,相比之下退台的效果更佳;两种退台旋转可更大程度减小三个平均分力系数和脉动阻力系数,并改变脉动升力系数和脉动扭矩系数峰值所对应的风向范围。随着锥度增大,横风向弯矩系数功率谱峰值频率右移,谱峰降低,采用退台则影响程度更大。退台旋转会使功率谱部分频段的能量明显超过同向退台情况,因为当旋转部分圆角迎风时,在两侧风弧面上加速的气流可对上方相邻退台的漩涡脱落起增强效应。     

矩形超高层建筑横风向脉动风力,Ⅱ:数学模型

系列文章的第一部分总结了矩形截面高层建筑横风向脉动风力的基本特征。在此基础上,采用非线性最小二乘法,以风场类型及厚宽比为基本变量,对横风向脉动风力根方差系数、竖向相关系数以及功率谱密度进行拟合,得到横风向脉动风力的闭合求解公式。最后通过与试验结果的比较,验证了这些公式的精度。运用这些公式,可较为方便地计算矩形截面高层建筑的横风向脉动风力。     

500kV 单回路输电塔塔头风荷载计算模型研究

根据高频底座天平测力风洞试验,得到典型500kV 单回路输电塔塔头结构风力系数的平均值和根方差值,给出了极值风力下塔头结构顺风向、横风向基底剪力和基底扭矩的功率谱。在此基础上,采用最小二乘法拟合,建立了输电塔塔头结构风荷载的计算模型,其结果不仅可以用于格构式输电塔频域计算,还可以为相关规范的修订提供参考。     

均匀流中矩形高层建筑脉动风压的阻塞效应试验研究

对阻塞度为4.1%、6.1%、8.4%和10.1%的CAARC高层建筑标准模型在均匀风场中分别进行了测压试验,对比了各模型表面测点风压系数的根方差、功率谱、空间相关性和相干性,总结了矩形单体高层建筑脉动风压阻塞效应的主要规律,并从流场方面来解释。阻塞效应对模型绕流和尾流产生约束,改变了旋涡脱落形式,影响了建筑表面易产生分离、涡脱处的根方差脉动风压系数;建筑表面风压系数的功率谱、空间相关性和相干性也发生变化。     

矩形沟埋涵洞顶部垂直土压力

在刚性涵洞和刚性地基条件下,考虑矩形沟埋涵洞胸腔土体的变形和承载作用,建立矩形沟埋涵洞土压力计算模型和计算公式,理论计算与有限元计算结果相吻合。研究表明:槽洞宽比为1时,洞顶土压力系数随填土高度的增大呈单调减小的规律;槽洞宽比大于1时,洞顶土压力系数随填土高度的增大呈先增后减的变化规律,初始等沉面高度附近有最大土压力系数。槽洞宽比、涵洞高宽比和填土内摩角增大时,土压力系数增大;填土凝聚力增大时,土压力系数减小。槽洞宽比增大使等沉面高度增大;填土高度增大使等沉面高度减小。     

高层建筑层风力特性实验研究

对9种矩形截面的高层建筑物模型进行了风洞实验．观测了模型的层风力特征。通过对大量实验数据的处理和分析．研究了层风力系数和层风力功率谱密度函数在建筑物高度方向上的变化特征．分析了结构高、宽比和矩形截面长、宽比对高层建筑物层风力系数和局部功率谱密度函数特性的影响，并探讨了层风力的空间相关特征。     

开洞高层建筑风荷载的试验研究

对开洞高层建筑刚性模型进行了风洞测压试验,基于试验结果,研究了设置洞口对高层建筑风荷载的影响。结果表明:立面开洞后,基底风荷载减小;单设上洞口和单设下洞口对减小顺风向平均基底剪力的效果比较接近,但上部开洞对减小顺风向平均基底弯矩和横风向根方差基底弯矩更为有利;拟合得到了顺风向平均基底弯矩系数和横风向根方差基底弯矩系数的相对值随开洞率变化的计算公式。设置洞口后,层风力的分布规律与未开洞时有很大差异,在抗风设计时应引起重视。     

遮挡型格构式塔架风力特性试验研究

基于高频天平测力技术,对遮挡型格构式塔架模型进行不同遮挡距离、不同试验风速下的风洞试验,研究其对遮挡型格构式塔架顺风向、橫风向、扭转向平均风力系数以及对顺风向、橫风向基底弯矩功率谱的影响,并在此基础上利用最小二乘法对两个方向的功率谱进行了参数拟合。结果表明,遮挡距离是影响平均风力系数的重要影响因素,而试验风速仅对橫风向平均风力系数有影响;与平均风力系数相反,对于基底弯矩功率谱而言,试验风速对其影响显著,而遮挡距离在整个频段上对功率谱密度影响并不大;特定工况下极值脉动功率谱拟合效果较好,可用于遮挡型格构式塔架动力响应的频域计算中。     

并列双幅变截面箱梁阻力系数的干扰效应研究

基于节段模型风洞试验,对比研究了4种不同高宽比的并列双幅箱梁在不同风攻角和不同间距时的阻力系数与单箱梁阻力系数的差异。给出了阻力系数干扰因子(定义为双箱梁上游(或下游)箱梁阻力系数与单箱梁阻力系数的比值)随风攻角和间距变化规律。结果表明:上游箱梁阻力系数的干扰效应主要体现在D/B≤1的间距范围。高宽比对上游箱梁阻力系数干扰效应的影响不大。当0.025≤D/B≤1,风攻角为-10°~10°时,上游箱梁阻力系数干扰因子的变化范围为0.8~1.3左右;下游箱梁阻力系数的干扰效应表现为显著的减小效应。这种减小效应随着间距的减小和高宽比的增大愈发明显,与负向风攻角时相比,这种减小效应在正向风攻角时更明显。     

开孔双空腔结构风致内压动力特性的研究

该文推导了开孔双空腔结构内压动力响应的方程组,得到了共振频率和等效阻尼比。对不同空腔开孔面积比和内部容积比下模型各空腔的内压动力响应进行了风洞试验。研究结果表明:两空腔结构模型进行风洞试验时空腔的内部容积,应按照原型和实验风速比平方的关系进行调整以准确模拟原型的内压脉动。含有外墙开孔的空腔(前腔)内压脉动均方根小于不含外墙开孔的空腔(后腔)。内外压均方根比会随着空腔开孔面积比的增加而增大。另外,空腔开孔面积比的增加还会导致系统共振频率升高,等效阻尼比降低。而空腔容积比的增加会使一阶共振频率升高,二阶共振频率降低,并趋向单一空腔时的Helmholtz频率。     

串列布置受扰超高层建筑脉动风压谱特性研究

基于刚性模型测压风洞试验,研究了方形高层建筑在单体和受扰状态下的脉动风压功率谱特性。在风洞中首先对C类地貌下的单体方形高层建筑进行了实验,然后针对16个不同施扰位置、3种不同高度比时的两方形高层建筑进行了干扰实验,得到了受扰方形高层建筑的局部风压。基于实验结果,研究了串列布置条件下间距比以及高度比对受扰建筑典型测点风压谱的影响。结果显示,单体建筑迎风面中轴线测点风压谱为宽频分布而棱边处风压谱出现尖锐谱峰;侧风面后缘高频段能量显著大于前缘。串列布置间距比变化时,典型测点谱峰幅值在间距比较小时显著削弱。较低施扰建筑导致的低频段能量较大,而较高施扰建筑主要影响高频段能量。 关键词：超高层建筑,风压谱,干扰效应,间距比,高度比     

串列双幅典型断面三分力系数气动干扰效应

采用风洞试验与数值模拟相结合的方法对串列双幅典型断面（矩形断面、Π型断面及流线型断面）三分力系数和斯脱罗哈数的气动干扰效应进行了研究。首先针对宽高比为5的单幅矩形断面分别进行了三分力系数的数值模拟和风洞试验测试,数值模拟结果与风洞试验结果吻合良好;然后对串列双幅典型断面不同间距比D/B（D为双幅断面之间净间距,B为单幅断面宽度）对应的三分力系数及斯脱罗哈数进行了数值模拟。研究显示：上游断面阻力系数与单幅断面比较接近,下游断面阻力系数则随间距比D/B的增加而增加;上游断面升力系数、升力矩系数脉动根方差气动干扰因子明显小于下游断面升力系数脉动根方差气动干扰因子,两者均随间距比D/B先增加后减小。     

SIMPLISMA and ALS applied to two-way nonlinear wavelet compressed ion mobility spectra of chemical warfare agent simulants

Ion mobility spectrometry is a rapid scanning measurement method for which compression methods that facilitate the handling of large collections of data are beneficial. Peak distortion in reconstructed ion mobility spectra from linear wavelet compression is problematic in that artifact peaks may cause false positive alarms. Peak shifting also may cause false alarms if target peaks shift out of or interfering peaks shift into detection windows. Nonlinear wavelet compression (NLWC) preserves peak shape and can lessen the degree of distortion, shifting, and artifact peaks in the reconstructed spectra. NLWC was applied to achieve high compression and fidelity in the reconstructed spectra. Another benefit is that NLWC improves signal-to-noise ratios and thus the models built from compressed data are improved. By compressing both the drift time order and the spectrum acquisition order, greater compressions maybe achieved. A two-way nonlinear wavelet compression method that incorporates alternating least squares (2W-NLWC-ALS) algorithm was devised by applying ALS to partially reconstructed wavelet coefficients generated from two-way NLWC. The number of components in a data set can be determined automatically using ASIMPLISMA. The smaller ALS models are saved as the final compressed data and can be used to reconstruct the entire data set efficiently without maintaining the compressed wavelet coefficient matrix of the original data set. The 2W-NLWC-ALS algorithm provides greater compression ratios compared to regular wavelet compression and interpretable models. Using this method, large volumes of data can be acquired and easily evaluated through a simple compressed model. A compression ratio of 510 ppm, root-mean-square error (E(RMS)) of 6.3 mV (full-scale signal is usually 1 V or larger), and relative root-mean-square error (RE(RMS)) of 1.62% were achieved for data sets collected by CAM. A compression ratio of 46 ppm, E(RMS) of 9.2 mV, and RE(RMS) of 0.42% were achieved for data sets collected with an ITEMISER instrument. The 2W-NLWC-ALS algorithm is an efficient compression method that provides the benefits of a simple model.     

4分裂导线风洞试验中跨度折减法的适用性研究

跨度折减法通过系数γ缩小导线的跨度,在输电塔线系统风洞试验中应用广泛,但其对4分裂导线的适用性尚未澄清.基于4分裂导线气弹模型风洞试验,对比研究了不同跨度折减系数的两模型与正常缩尺模型的气动力和功率谱特性,并进一步探讨了湍流度和风向的影响.结果表明:导线风振响应中含有高阶振型,且气动力的平均值和脉动值随风速的增加均呈现...