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膜結構的風洞試驗

  • 由 金鑫膜結構建築設計院 發表于 動作武俠
  • 2022-10-03
簡介目前的膜結構風洞測壓試驗技術已比較成熟,藉助大氣邊界層風洞, 透過對剛性模型表面動態風壓的測量,所獲得的結果,可以基本滿足結構設計的要求

風振係數怎麼確定

所謂風洞試驗,就是將建築物的縮尺模型置於一個特殊設計的管道內,用動力裝置產生與實際情況近似的可控制的氣流,並藉助一定的測量儀器,獲得所需的氣動力資訊。建築風洞也叫做大氣邊界層風洞,它要求對來流的模擬要滿足大氣邊界層的某些特徵,如風剖面、湍流度等。風洞試驗還要滿足一系列的相似準則,如幾何相似、雷諾數相似等, 實際上,要完全滿足這些相似條件是不可能的,只能根據具體情況選擇那些起決定作用的相似條件。

膜結構風荷載的確定包含對結構表面風壓分佈的預測 ,或者說是風載體型係數的確定, 以及對膜結構在脈動風荷載作用下的動態響應的預測,或者說是風振係數的確定兩部分。儘管風洞試驗具有費用高、週期長、某些相似數無法準確模擬等缺點,但它仍然是目前研究鈍體繞流的主要方法。目前的膜結構風洞測壓試驗技術已比較成熟,藉助大氣邊界層風洞, 透過對剛性模型表面動態風壓的測量,所獲得的結果,可以基本滿足結構設計的要求。

由於膜結構在荷載作用下的位移較大,結構位形的變化必然會對其周圍風場產生影響 , 從而改變其表面的風壓分佈。所以膜結構的風致動力響應過程是一個典型的流固耦合(風與結構相互作用)過程,對這一動力過程的風洞試驗模擬必須採用氣動彈性模型。氣動彈性模型試驗涉及到大量的相似引數和複雜的觀測技術,技術難度大,目前國內外在這方面都還處於研究階段。隨著計算機有限元技術的發展,一種將計算流體力學和計算結構力學結合起來,用計算流體力學來模擬結構周圍的風場、用計算結構力學來模擬膜結構,再借助某些引數的傳遞來實現兩者之間的耦合作用的所謂”數值風洞”技術受到了越來越多的重視。從理論上講, 這種方法具有較強的準確度和廣泛的適應性。在實際操作上, 還有很多技術問題有待於進一步探討。

透過風洞試驗,可以獲得膜結構建築物表面任一測點的淨風壓。將此壓力除以一個特定的參考風壓(通常選擇梯度風壓或建築物簷口高度風壓) ,得到一個無量綱係數, 稱為壓力分佈係數。值得注意的是,壓力分佈係數和風載體型係數是不一樣的,即便是在同一個面上不同測點的壓力分佈係數也是不一樣的。根據這些係數可以畫出建築物表面的風壓等值線圖。在實際工程中,為了應用的方便,通常採用一個面上壓力分佈係數的加權平均作為風載體型係數,以供設計參考。

膜結構的風洞試驗

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