順風(fēng)向和橫風(fēng)向風(fēng)陣知識交流

1、順風(fēng)向和橫風(fēng)向風(fēng)陣精品資料風(fēng)荷載總結(jié)順風(fēng)向振動：用概率論的法則來描述，雖不能夠定出某一時刻反應(yīng) 的確定值，卻可以分析出該時刻取某值的保證率的可能性.橫風(fēng)向振動：由不穩(wěn)定的空氣動力引起，比較復(fù)雜,高樓和高塔影 響較大.用舊H標(biāo)姿后對胴眼風(fēng)力：風(fēng)流經(jīng)任意截面物體所產(chǎn)生的力都可以分為三個方向的包括順風(fēng)向風(fēng)陣Pl、橫風(fēng)向風(fēng)陣Pd和扭轉(zhuǎn)風(fēng)陣Pm僅供學(xué)習(xí)與交流，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除謝謝2精品資料橫向風(fēng)陣時對稱結(jié)構(gòu)可忽略，但細(xì)長的高柔結(jié)構(gòu)須考慮動力效 應(yīng)。如上圖：一等截面的細(xì)長物體處于速度為 v的風(fēng)中，假定不考慮 長度的影響，取出一單位長度的一段來進行分析。由于空氣的流 動，在物體表面上將產(chǎn)生風(fēng)壓。將單位

2、面積上的風(fēng)壓沿物體表面積 分，一般情況下將得到三個分力：單位跨度上的順風(fēng)向的阻力，橫 風(fēng)向的升力，以及扭矩。來風(fēng)在建筑物的周圍會形成湍流風(fēng)場，并引起建筑物一定幅度 的風(fēng)振振動.對于高層和超高層建筑的風(fēng)振動力反應(yīng)主要有以下三方 面的考慮:其一，由風(fēng)振產(chǎn)生的慣性力在結(jié)構(gòu)中引起附加應(yīng)力；例如我 國現(xiàn)行建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范中考慮了順風(fēng)向風(fēng)振反應(yīng)慣性力 ，高聳結(jié)構(gòu) 設(shè)計規(guī)范中同時考慮了順風(fēng)向與橫風(fēng)向風(fēng)振反應(yīng)的慣性力 ；其二，由于 風(fēng)振反應(yīng)發(fā)生的頻度較高，有可能使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生疲勞效應(yīng)；其三,建筑結(jié) 構(gòu)的振動加速度會使生活和工作在其中的人產(chǎn)生不舒適感 ，當(dāng)風(fēng)以一定速度吹響建筑物時，建筑物將對其產(chǎn)生阻塞和擾動作 用，

3、從而改變該建筑物周圍風(fēng)的流動特性。反過來，風(fēng)的這種流動 特性改變引起的空氣動力效應(yīng)將對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生作用。由于自然風(fēng)的紊流特性，因此風(fēng)對結(jié)構(gòu)的這種作用包含了靜力 作用和動力作用兩個方面，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)的靜力和動力響應(yīng)。風(fēng)不僅對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生靜力作用，還會產(chǎn)生動力作用，引起高層建 筑、各類高塔和煙囪等高聳結(jié)構(gòu)、大跨度纜索承重橋梁、大跨度屋僅供學(xué)習(xí)與交流，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除 謝謝3精品資料頂或屋蓋、燈柱等許多柔性結(jié)構(gòu)的振動，產(chǎn)生動力荷載，甚至引起 破壞。結(jié)構(gòu)的風(fēng)致振動在很大程度上依賴于結(jié)構(gòu)的外形、剛度(或柔 度)、阻尼和質(zhì)量特性。不同的外形將引起不同的風(fēng)致動力荷載。 結(jié)構(gòu)剛度越小，柔性越大，則其風(fēng)致振動響

4、應(yīng)就越大。結(jié)構(gòu)的阻尼 越高，其風(fēng)致振動的響應(yīng)也就越小。風(fēng)致振動減振措施研究一般也 是從這四方面著手。(1)順風(fēng)向風(fēng)陣計算高層建筑順風(fēng)向風(fēng)效應(yīng)主要是由平均風(fēng)速引起的平均風(fēng)壓和風(fēng) 速脈動引起的脈動風(fēng)壓所導(dǎo)致。A.G.Davenpor等人對建筑物的順風(fēng)動態(tài)響應(yīng)問題進行了理論和試驗研究，基于片條理論和準(zhǔn)定常理論建 立的順風(fēng)向風(fēng)振分析方法已被廣泛應(yīng)用。只要按照實際情況計算，即使只計入一階實際振型，多階振型計算 方法與簡化計算方法的基底剪力和層間剪力都存在明顯差異；如果計 入更多實際振型，差異還將繼續(xù)加大。但在計入實際振型數(shù)大于 2以 后，兩種計算方法的結(jié)果差異很小。主要原因是：簡化計算方法中采用的振型函

5、數(shù)？1(z)是按照經(jīng)驗公 式求得，而結(jié)構(gòu)實際的振型與之有差異，這樣使得兩種算法在計算過程 中與振型系數(shù)？1(z)相關(guān)的各個參數(shù)值都不同，導(dǎo)致最后的差異。隨著振型階數(shù)的加大，高振型對順風(fēng)向風(fēng)振的影響逐漸減小。主 要有兩個原因：第一，一般建筑結(jié)構(gòu)的第一振型周期遠(yuǎn)小于風(fēng)的卓越周僅供學(xué)習(xí)與交流，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除謝謝4精品資料期,高振型的周期更小，隨著振型階數(shù)的加大其影響就更??；第二，結(jié)構(gòu) 高振型有正負(fù)號相間出現(xiàn)，計算過程中可抵消一部分，隨著振型階數(shù)的主要橫風(fēng)向風(fēng)振機理分析一、渦旋振動當(dāng)結(jié)構(gòu)物上有風(fēng)作用時，就會在該結(jié)構(gòu)物兩側(cè)背后產(chǎn)生交替 的旋渦，且將由一側(cè)然后向另一側(cè)交替脫落，形成所謂的卡門渦 列

6、?？ㄩT渦列的發(fā)生會使建筑物表面的壓力呈周期性變化，其結(jié)果 是使結(jié)構(gòu)物上作用有周期性變化的力，作用方向與風(fēng)向垂直，稱為 橫風(fēng)向作用力或升力。這是由交替渦流引起且與風(fēng)向垂直的振動， 按發(fā)生原因稱為渦旋激振。渦旋激振基本上是伴隨著旋渦的出現(xiàn)而 產(chǎn)生的強迫振動，但是一旦振動增強，又會有由振動控制的渦流發(fā) 生，表現(xiàn)出自激振動的特性。一般地，只有位于共振風(fēng)速（或稱臨 界風(fēng)速）的某一特定風(fēng)速范圍內(nèi)，振動才變得較為顯著。二、馳振、顫振僅供學(xué)習(xí)與交流，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除 謝謝5精品資料對于土木工程中的結(jié)構(gòu)物，不象飛機、輪船那樣具有棱邊方 角的鈍體，當(dāng)風(fēng)作用時，在其周圍，氣流通常呈分離型，而且伴有 隨時間變化

7、的尾流。結(jié)構(gòu)物一般是彈性體，故在某一特定范圍內(nèi)常 發(fā)生馳振、顫振的空氣動力學(xué)上的失穩(wěn)式振動。前述渦激振動是通 常形狀結(jié)構(gòu)物必然伴隨的現(xiàn)象，而馳振和顫振則因結(jié)構(gòu)物斷面形狀 的不同而有差異，多發(fā)生于具有箱形截面種 H形截面的結(jié)構(gòu)物。在通常情況下，橫風(fēng)向彎曲單自由度振動稱為馳振，而扭轉(zhuǎn) 單自由度振動稱為顫振，彎曲和扭轉(zhuǎn)的兩自由度耦合振動稱為彎扭 顫振。馳振和顫振一旦發(fā)生，便產(chǎn)生劇烈的振動，這種失穩(wěn)式的振 動具有自激振動的因素，即在振動過程中，由結(jié)構(gòu)物本身的運動不 斷給激振力提供能量，助長了運動的發(fā)生。馳振和顫振現(xiàn)象，可認(rèn)為是由在結(jié)構(gòu)物受風(fēng)上側(cè)斷面邊緣產(chǎn) 生的伴隨該物體振動而放出的所謂前緣分離渦流而引

8、起的振動，這 種振動現(xiàn)象的發(fā)生與建筑物背后形成的卡門渦流發(fā)生的激振無關(guān)， 它與渦流振動有本質(zhì)的區(qū)別?？偟膩碚f，對馳振和顫振發(fā)生機理的 詳細(xì)認(rèn)識還值得進一步探討，目前暫且認(rèn)為這種現(xiàn)象是激振的一 種。在理論上，對馳振和顫振的發(fā)振風(fēng)速方法正處于積極的探討研 究之中。三、抖振當(dāng)一結(jié)構(gòu)物處于另一結(jié)構(gòu)物的卡門渦列之中時，可發(fā)生抖 振。例如，兩靠近的細(xì)長結(jié)構(gòu)物，背風(fēng)向的一個結(jié)構(gòu)物就有可能發(fā) 生抖振，若這時背后一個結(jié)構(gòu)物的頻率接近的話，就極有可能發(fā)生僅供學(xué)習(xí)與交流，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除謝謝6精品資料抖振，故有人稱抖振實際上是一種順風(fēng)向共振。國外已有人對高層 建筑的抖振進行過風(fēng)洞實驗，結(jié)論是大致在結(jié)構(gòu)物比較細(xì)

9、長、結(jié)構(gòu) 阻尼比較小時的某一小部分情況下，抖振是有可能發(fā)生的，但只限 于初步研究中，未見在工程上應(yīng)用?，F(xiàn)將橫風(fēng)向風(fēng)振及特性歸納如下：'r 2渦激振動抖振強迫振動自激振動 馳振渦激振動顫振日本的建筑規(guī)范，其中給出了由尾流中的漩渦脫落引起的橫風(fēng) 向脈動風(fēng)荷載計算公式與風(fēng)振動力反應(yīng)計算方法。對高層建筑橫風(fēng) 向振動有影響的風(fēng)速都處于跨臨界風(fēng)速的范圍 (即流動雷諾數(shù)Re> 3.5X106,與此雷諾數(shù)相應(yīng)的來風(fēng)平均風(fēng)速下限值僅為 2m/s5m/s。 事實上對結(jié)構(gòu)有影響的風(fēng)速遠(yuǎn)高于此下限值)。已有的風(fēng)洞試驗數(shù)據(jù) 表明：當(dāng)來風(fēng)速度處于跨臨界范圍時，結(jié)構(gòu)背后的尾流十分紊亂， 但總的來說呈現(xiàn)有規(guī)律的

10、漩渦脫落。在這個范圍內(nèi)尾流漩渦按某一 固定的頻率n脫落(n=Stxv/b)。v是流場中的特征風(fēng)速；b是結(jié)構(gòu)面迎 風(fēng)向?qū)挾龋籗t是結(jié)構(gòu)斯特盧哈數(shù)，它反映了結(jié)構(gòu)尾流中漩渦脫落的 頻率與風(fēng)速和結(jié)構(gòu)橫向尺寸之間的關(guān)系。因此橫風(fēng)向脈動風(fēng)壓譜密 度函數(shù)應(yīng)為在這一頻率處的窄帶函數(shù)。但是由于風(fēng)場的高度復(fù)雜 性，建筑物背后的漩渦脫落頻率也有可能是隨機值而非某一固定 值，其統(tǒng)計樣本中占優(yōu)勢的值為與漩渦脫落對應(yīng)的斯特盧哈數(shù)所對 應(yīng)的頻率值。僅供學(xué)習(xí)與交流，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除謝謝7精品資料目前把橫風(fēng)向振動歸因于尾流剪切層的分離與漩渦脫落過程 .現(xiàn) 有的被廣泛接受的橫風(fēng)向激勵機制為：高層建筑橫風(fēng)向風(fēng)荷載主要來 源于

11、來流紊流激勵、尾流激勵和氣動彈性激勵 3個方面，來流激勵 和尾流激勵反映在外加氣動力上，氣動彈性激勵反映在氣動阻尼上。根據(jù)結(jié)構(gòu)風(fēng)振理論，結(jié)構(gòu)順風(fēng)向反應(yīng)主要是共振響應(yīng)，而背景響 應(yīng)可以忽略。根據(jù)這個原理可以推知：結(jié)構(gòu)橫風(fēng)向風(fēng)振反應(yīng)中，共 振響應(yīng)也應(yīng)占主要部分。因此在低頻率范圍（LF公式峰值附近，St< 0.2）具體取哪一個風(fēng)壓譜密度函數(shù)對結(jié)構(gòu)橫風(fēng)向風(fēng)振反應(yīng)加速度值的 計算結(jié)果的影響不大，僅在風(fēng)速較低時對位移值的計算結(jié)果影響較 大。因此在風(fēng)速較高時（UoA30m/s）,在低頻率范圍（StW 0.2）可以仍 然取文獻6中LF計算公式的形式，也可以取式（3）。而在高頻率范 圍（St>0.2

12、）,取式（3）當(dāng)bL10=與bL1.0=時譜密度函數(shù)值的平均值。這 樣就不會漏失所有來風(fēng)情況下的最大加速度均方根值與最大位移均 方根值。由圖8可以看出：采用湍流橫風(fēng)向脈動風(fēng)壓譜計算高層建 筑結(jié)構(gòu)的動力反應(yīng)，相比采用日本規(guī)范公式來說，在經(jīng)常遇到的設(shè) 計風(fēng)速范圍（距地面10m高處風(fēng)速U10=30m/s40m/s）加速度均方根增 大一倍左右，位移均方根值增加10%左右。建議對此現(xiàn)象進行更進 一步的研究。（3）橫風(fēng)向等效荷載與順風(fēng)向等效荷載之間的關(guān)系按照荷載規(guī)范的條文說明，一般而言，建筑高度超過150m或高寬比大于5的高層建筑可出現(xiàn)較為明顯的橫風(fēng)向效應(yīng)，確定橫 風(fēng)向效應(yīng)的方法可以采用風(fēng)洞試驗或者按照規(guī)

13、范提供方法計算。僅供學(xué)習(xí)與交流，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除 謝謝8精品資料當(dāng)采用規(guī)范方法計算時，順風(fēng)向與橫風(fēng)向分別采用不同的計算公 式，其中橫風(fēng)向風(fēng)振等效風(fēng)壓lkw按式(1)計算。順風(fēng)向風(fēng)荷載與橫風(fēng)向風(fēng)荷載以及后面的扭轉(zhuǎn)風(fēng)振荷載一般是同 時存在的，上述順風(fēng)向與橫風(fēng)向的計算公式分別是兩個方向的最大 風(fēng)壓值，但三種風(fēng)荷載的最大值并不一定同時出現(xiàn)，因此在工程中 應(yīng)該考慮各方向等效荷載之間的組合，即規(guī)范中表 8.5.6。需要特別 強調(diào)的是，這一點與風(fēng)洞試驗得到的風(fēng)荷載有本質(zhì)區(qū)別，在風(fēng)洞試 驗中得到的每個方向的荷載數(shù)據(jù)同時包含了順風(fēng)向分量，橫風(fēng)向分 量和扭轉(zhuǎn)分量，三個分量是同時發(fā)生的，因此不存上述組合問題。4、順風(fēng)、橫風(fēng)、扭風(fēng)對結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響基本組合前面已經(jīng)提到，按荷載規(guī)范附錄方法計算的順風(fēng)向、橫風(fēng)向風(fēng)振 與扭轉(zhuǎn)風(fēng)振三個方向荷載均是最大值。但在實際情況中，三個方向 的的最大值并不一定同時發(fā)生，因此應(yīng)合理考慮三個方向的組合問 題。按照荷載規(guī)范表8.5.6所示風(fēng)荷載組合工況如下：工況順風(fēng)向風(fēng)荷載橫風(fēng)向風(fēng)振等效風(fēng)荷 載扭轉(zhuǎn)風(fēng)振等效風(fēng)荷載1F Dk20.6FDkFLk3TTk上述組合由軟件在設(shè)計中自動完成變形控制僅供學(xué)習(xí)與交流，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除 謝謝9精品資料根據(jù)高規(guī)4.2.6,考慮橫風(fēng)向風(fēng)振或扭轉(zhuǎn)風(fēng)振影響時，結(jié)構(gòu)順風(fēng)向及橫風(fēng)向的側(cè)向位移應(yīng)分別符合 3.7.3條中有關(guān)位移的規(guī)