基于风洞测压试验有限元计算研究

《基于风洞测压试验有限元计算研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、基于风洞测压试验有限元计算研究　　摘要：依据某超高层建筑进行风洞试验，将风洞试验与有限元计算分析相结合，以此来计算该类结构的风致振动响应（风振系数、结构脉动风时程响应、等效静风荷载等），进而为该高层建筑的抗风设计提供必要的参考依据。关键词：高层建筑；风洞试验；有限元计算分析中图分类号：V211.74文献标识码：A一、风洞试验本试验在长安大学风洞实验室CA-1大气边界层风洞中完成，该风洞是一座回、直流两用型风洞，风洞洞体为钢和混凝土混合结构，试验段尺寸3m×2.5m×15m。表面风压测试设备由测试管路系统

2、和扫描阀两部分组成。压力测量系统由美国PSI公司电子压力扫描阀，A/D板，PC机，以及自编的信号采集及数据处理软件组成，电子压力扫描阀量程为±254mm水柱，用于模型表面压力的测量。根据我国建筑荷载规范，结合周边环境的地形地貌特征，所在地区的大气边界层流场取用D类地貌风场。试验中用被动方法模拟流场，在风洞上游布置粗糙元，使得地标附近的初始速度亏损，进而在模型处形成一个我国荷载规范中D类地貌550m高度以内的大气边界层。4测压模型的几何缩尺比取为1/280，风洞阻塞比为，满足试验要求；测压模型用厚5mm有

3、机玻璃和直径32mmPVC管制成，模型密封，表面光滑，具有足够的强度和刚度；底座模型采用15cm厚的木板模拟，对于该大楼周边建筑物采用泡沫制作几何相似的模型。模型共布置216个测点，分为13个区域，设置测点时应充分考虑到测压管的在模型空间中的布置及走线；在测压孔处布置测压管后应通气进行有效性检测，以排除坏点，见图4；试验研究了建筑物与方圆500m以内的建筑一起处于地形环境中的情况，见图5；试验风向角0～345º，以15º为增量，共计24个工况；在模型高度处的试验风速为。二、有限元计算

4、分析该超高层建筑的动力特性分析采用离散结构的有限元方法。根据高耸建筑的结构特点以及设计院提供的初步设计方案，本研究在保证其质量和刚度与实际结构一致的前提下，采用大型有限元软件建立有限元计算分析模型，其基本方法为：（一）采用三维空间梁单元来模拟立柱、主梁、次梁、斜梁和混凝土梁；（二）采用三维弹性壳单元来模拟剪力墙；（三）模型的约束条件：剪力墙底部，外侧立柱底部，钢—混组合梁立柱底部全部约束六个方向的自由度。4将试验得到的各测点风压系数时程数据转化为面荷载时程后，加载至网架屋面个面单元上，见图1；进行风荷载

5、作用下的动力时程响应分析，计算不同风向角作用下的216个关键测点的平均风和脉动风所产生的结构位移响应；根据风振系数定义，计算出对应于结构216个关键测点的位移响应风振系数，见图2。式中：为平均风所产生的结构位移响应；为脉动风所产生的结构位移响应。图1ANSYS模型a44测点（对应于50年重现期风压）a44测点（对应于100年重现期风压）图2关键测点的最大风振系数随风向角的变化图三、结语有限元计算分析结果可以看出，对于50年重现期风压，计算不同风向角的各个关键测点的最大风振系数，得到建筑各面的最不利风向角

6、。对应于50年重现期风压，165º、255～285º为影响南、北面的最不利风向角，75º、105º、165～195º为影响西、东面的最不利风向角；对应于100年重现期风压，165º、270～300º为影响南、北面的最不利风向角，490～105º、195º为影响西、东面的最不利风向角。风振系数较大时，结构的脉动风致振动响应的峰值较大，抗风设计时，可以采用简化的风振系数，即分区风振系数进行设计。4