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《中央电视塔气动弹性风洞模拟试验》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第27卷第1期力学学报V61.27,No.1.19951月,年ACTAMECHANICASINICAJan1995中央电视塔气动弹性风洞模拟试验1)魏庆鼎陈军杜向东张伯寅北京大学力学系,北京10087(1)摘要按照空气动力弹性相似性准则设计了中央电视塔准仿气动弹性模型,在大气边界.层风洞中进行了实验应用应变仪测定了塔根部的动态弯矩,利用光纤一光点摄影摄像法测定了塔楼和天线顶端的风振运动轨迹,从而得到了中央电视塔对风响应的有关动态特性.关键词高耸细长结构,电视塔,空气动力弹性,风洞模拟实验引言、,随着工程实际的需要和建筑材料设计技术的进步具有较小阻尼和刚度的轻型的高耸细长建筑物和结构物大量
2、涌现.它们在风荷载下产生的响应,即结构风振要比通常的建筑物、结.在这种情况下,必须进行结构的气动弹性特构物严重得多.:性的研究应用风洞实验来研究结构对风响应的途径有两种一种是采用刚性模型,2;高频底座天平的方法通过测量广义气动力来计算结构的响应1,]另一种是—采用弹性模型,应用应变仪、加速度计等直接测量结构的响应15,4].前一种途径模型制作容易,,,,实验方法简单但是不能直接测得有关响应参数对于复杂的结构高,,;阶响应估算误差比较大后一种途径模型制作复杂测量难度也比较大但是可以直接获得各种响应量,精度也比较高.根据量,,纲分析进行弹性模型空气动力实验除要求模型和原型几何相似和风场,,5
3、:v。相似外还要求模型和原型之间以下个无量纲参数相等习(雷诺数)v/了刃(弗,。Z,。,,劳德数)pV/E(惯性力与弹性力之比)p/p(流体惯性力与结构惯性力之比)斌阻.,,,,,夕。尼系数)其中v特征速度L特征长度流体运动勃性系数p流体密度p,结构密度,E弹性模量,g重力加速度.中,高386.5m,塔身为细长锥台央电视塔坐落在北京海淀区玉渊潭公园西侧形,塔楼恰,天线柱截面为四方形.塔身、塔楼为钢筋混凝土结构,天似一盏宫灯线柱下部为钢筋混凝土结构,上部为钢管结构.本研究中使用了中央电视塔的准仿,这种模,气动弹性模型型与原型只在外形上几何相似在满足密度分布的相似参数。,.。p/p上有所降维
4、但满足其它必要的动力学相似条件实验中用应变仪测定了塔根部,一,的动态应力用光纤光点摄影(像)法测量了塔楼和天线顶端的动态轨迹从而得到了有关中央电视塔的风响应特性.1实验设备1.1风洞,,,,实验在北京大学环境风洞中进行实验段宽3m高Zm长32m最大风速`)国家自然科学基金与广播电影电视部设计院资助课题.,·93一11一2419942019收到第一稿一于收到修改稿:第1期魏庆鼎等中央电视塔气动弹性风洞模拟试验..,25m,本次实验风速为4m/s~11m/s按模型特征长度塔楼直径D(0102m)计.x4.x.2slo、79104算的雷诺数约为1.2模型中央电视塔属于典型的高耸细长结8丫.0.
5、,,392)构塔身和塔楼为旋成体制作准仿气动1.408.:.弹性模型比较方便其基本结构是中央812-,为一根铝合金的支杆(sPien)由它提供必…,.丙要的刚性和惯性矩同时提供主要的沿高’9。价}度的分段质量分布.整个弹性支杆由14段1圆柱,和方柱组成每一段柱上套接一段轻质硬,泡沫塑料其外部形状保持与原型塔,相应部分几何相似泡沫塑料段之间互相,隔开约lmm的间距因而它们对于铝支杆的,刚性没有什么影响只是提供各段一..}卜1护定的质量模型结构尺寸见图在模型}王.760,{一行设计和实验中所要满足的相似参数考虑14.3卜!{,:长和处理如下Z/:了弗劳德数在电视塔这种独立高耸结构的水平振动问
6、题中可以忽略.i雷诺数在本实验中是重要的,但实验醚/`艺雷诺数比真实雷诺数要小至少两个数量级.为了提高其有效雷诺数,实验中采用)遥亚了增加模型表面粗糙度的办法使塔身绕流流态与真实情况尽可能接近.塔楼和天,线柱都是带棱结构它们对雷诺数不敏图1中央电视塔准仿气动弹性模型,·.nerls]故不需处理Fig1SpliaeoeltiemodelofCCTVtower感as满足关于刚性的相似参数的条件可以写成等价形式_卫竺f型丝拦、f竺丝丝、(l)El/,、El/p其中下标、p,I.。分别表示模型和原型表示结构的水平截面惯性矩记模型缩尺,,,比D、/D,二K:风速比珠/岭=m=aPp则由l()可得
7、凡若近似假设aP`一·K`·、“会(2),,根据风洞尺寸及风速范围此次实验取模型缩尺比K:二1:40风速比=1:.5tK,由(2)式可以计算圆形塔身塔楼和方形天线桅杆的模型弹性杆的直径和边长.杆的材,7.2、10“t/mZ,2.719c/m3.料为铝合金其弹性模量为密度为包在弹性杆外主要起成形作用的硬泡沫塑料的密度为.00499/cm“.严格满,足密度比(或惯性比)的相似条件对于准仿气动弹性模型来说是办不到的.对于象中央电视塔这样的
