风工程学习汇报

结构抗风分析原理及应用学习报告,杨一龙 11121200,第一章：绪论,一、热带气旋的分类： 分为热带风压（气旋中心最大平均风力67级）、热带风暴（气旋中心最大平均风力89级）、强热带风暴（气旋中心最大平均风力1011级）和台风（气旋中心最大平均风力达12级或以上）二、风对结构的作用： 气流一遇到结构的阻塞，就会形成高压气幕。风速越大，对结构的压力也愈大，从而使结构产生大的变形和振动。,第一章：绪论,三、风灾直接危害：侵蚀土壤和环境、损坏农作物、导致干旱、毁坏建筑物间接危害： 传播病虫害、扩散污染、暴风、巨浪、洪水四、风力等级的划分以及风玫瑰风力等级最先只有13个等级，自1946年以来，风力等级又作了某些修改，并增加到18个等级。见下图：,第一章：绪论,风玫瑰图：用方位辐射线的长度表示风向频度的图。出现频率最大的为该地的主导风向。,第二章：大气边界层的平均风特性,按照大气运动的动力学性质可以将对流层中的大气沿垂直方向粗略分为自由大气层、大气行星边界层（简称大气边界层）。在大气边界层内，空气的流动受到地面摩擦的阻碍，从而使得气流速度减慢。这种阻碍随着高度的增加而减小。当达到某个高度后，气流不再受到地面摩擦影响，风速保持不便。这个高度称作大气边界层高度。在大气边界层内一般用指数律或者对数律来描述风速的变化规律。,第二章：大气边界层的平均风特性,大气边界层内近地层的气流是湍流，湍流掺混使地表阻力的影响扩展到大气边界层的整个区域。风向与等压线成一定夹角。在自由大气中的风流动是层流，基本上是沿等压线以梯度风速流动。 将平均风速沿高度方向变化的函数曲线称为平均风剖面。 过渡区：一般不同的地面粗糙度有不同的风剖面。当风进入新的风剖面中时，在达到平衡状态形成新的风剖面前需要一段距离，称位过渡区。,第三章：结构上的平均风荷载,基本风速是不同地区现象观察站通过风速仪大量观察、记录、并按照我国规定标准条件下的记录数据进行统计分析进而得到该地的最大平均风速。 平均风特性具有三个特性。分别是空间特性、时间特性和统计特性。 空间特性指的是在边界大气层之内的风速的平均值随高度的变化规律。常用是变化规律有指数律和对数律。其中指数律是由于对数律计算复杂而简化的一个纯经验公式。,第三章：结构上的平均风荷载,空间特性中，对于位于山峰和山坡山间谷地、谷地等闭塞区以及与风向一致的谷口、山口的地区的风剖面还要进行地形条件的修正。 时间特性：平均风是大气边界层中自然风按一定时距进行平均所得到的值，故其值大小取决于所取的平均时距。随着平均时距的缩短对应于该时距的平均风速将越大，反之平均风速将减小。我国规范规定一般取的时距为10min。对于取不同时间得到的平均风速都可以进行换算。,第三章：结构上的平均风荷载,统计特征：上述以提及到基本风速是经过大量的数据统计分析得到的，因而平均风荷载具有统计特征。平均风速的统计特性主要反映在重现期和极值风速概率模型两个方面。我国按标准重现期50年的概率确定基本风压，但对风荷载比较敏感的高层建筑和高耸结构，基本风压应提高到重现期为100年。不同重现期的风速之间可以相互换算。极值风速概率模型有耿贝尔模型和广义费来却德分布，可以根据各自的概率分布来求得基本风速。,第三章：结构上的平均风荷载,基本风压：我国规范规定以当地比较空旷平坦地面(B类)、离地10米高度、50年重现期、10分钟平均最大风速为基本风速，并按 确定基本风压值。,当不是处于标准条件时，需要进行换算。平均风荷载计算如下式：,其中， 为风荷载体形系数 为风压高度变化系数在实际工程中，一般采用平均风荷载体形系数，即,第四章：结构顺风向静动力风荷载,准定常假定：脉动压力的表达式如下：,然而脉动风的风速往往很小，二次项更加小，故忽略脉动风的二次项，得：,此为顺风向脉动风的准定常假定。准定常假定适用于多层与高层建筑、高耸结构的一类竖向悬臂结构的顺风向风振分析，但一般不适用于大跨度屋盖这一类结构。,第四章：结构顺风向静动力风荷载,脉动风特性：脉动分反映了大气边界层中自然风的湍流特性，风速的脉动特性对工程结构的作用十分重要： 刚性结构要受到脉动风速所产生的阵风荷载 柔性结构在脉动风速作用下会发生动力响应 结构的空气动力特性会受到气流脉动的影响 描述脉动风统计特征的参数主要有湍流强度、湍流积分尺度、阵风系数、纵向脉动风速谱以及脉动风空间相干函数。,第四章：结构顺风向静动力风荷载,湍流强度： 随高度增加而减少,反映了湍流程度的强弱 湍流积分尺度：反映了气流中湍流涡旋的平均尺寸。湍流尺寸的大小反映了湍流影响的强弱，湍流积分尺寸大，则湍流影响强，反之则弱 阵风系数：阵风风速与平均风速的比。对结构物迎风面上的覆盖结构设计适用，但不适用于结构物面上的负压区。,第四章：结构顺风向静动力风荷载,纵向脉动风速谱： 结构风工程中常用的脉动风功率谱可分为纵向风谱、 横向风谱和竖直向风谱。纵向脉动风谱中比较重要的有：Davenport谱、Kaimal、（Simiu）谱、Hino谱等。其中我国规范采用的是Davenport谱，它与高度变化无关，是一个近似表达式，并且是偏保守的。,其中L取常值1200m,第四章：结构顺风向静动力风荷载,脉动风空间相干函数：空间不同位置上的脉动风速通常并非同时达到最大值，这种性质称为脉动风速的空间相关性。 纵向脉动风速谱以及脉动风空间相干函数都是脉动风在频域内的特性。 顺风向的结构总响应由平均风响应、脉动风响应组成，其中脉动风响应包括背景响应和共振响应。 等效静风荷载：一种静力荷载，但通过引入峰值因子，使得它能够是建筑物产生动力荷载作用下的最大响应。,第五章：结构横风向风振,涡激振动：由交替涡流引起且与风向垂直的振动称位涡激振动。涡激振动先是由于旋涡出现而产生受迫振动，但一旦振动增强，又会有由振动控制的涡流发生，表现出自激振动的特性。所以说涡激振动既属于强迫振动，又属于自激振动。它只有位于共振风速的某一特定风速范围内，振动才变的显著。 斯脱罗哈数：描述旋涡脱落现象的无量纲参数,第五章：结构横风向风振,锁定现象：外部风速变化使斯脱罗哈数偏离了自振频率的百分之几时，其旋涡脱落仍然被控制，这个现象被称为锁定现象。 共振区高度：结构在某一个风速范围内发生了涡激共振，而这某一个风速对应在建筑物的某一个高度，自这个高度到建筑物顶端的区域即为共振区高度。,第五章：结构横风向风振,驰振和颤振可以认为是由在结构物受风上侧断面边缘产生的伴随该物体振动而放出的所谓前缘分离涡流而引起的振动。多发生于箱型截面或H型截面的结构物 横风向弯曲单自由度振动称为驰振，扭转单自由度振动称为颤振。驰振和颤振一旦发生变剧烈振动，这种振动具有自激振动的因素，即在振动过称中，由结构物本身的运动不断给振动提供能量，助长了运动的发生。 当一个结构物处于另一个结构物的卡门涡列之中时，可发生抖振，抖振属于强迫振动。,第六章：建筑模型风洞实验,风洞按实验段气流大小分为低速风洞和高速风洞，按照回路分类可分为直流式和回流式。 相似理论：实验中模型要和原型之间满足几何相似和运动相似。几何相似即对应的几何参数成比例。运动相似要保证原型和模型的流体运动要遵循同一微分方程，物理量的比值相互约束。如斯脱罗哈数、雷诺数、弗劳德数为一常数。 但是由于流动的复杂性，并不能完全满足上述参数。因而只需要满足部分起控制作用的参数。,第七章：计算风工程,流体力学的基本方程包括连续方程，动量方程以及能量方程，如果不涉及传热问题，则不考虑能量方程，可写成如下：,根据以上基本方程以及牛顿流体的本构关系，得出维纳斯托克斯方程：,之后再利用理论分析方法、直接数值解、直接数值模拟等方法进行求解,第八章：高层建筑和高耸结构,对规则体型和不太高的建筑，主要由顺风向的静动力荷载控制。但对于体型复杂或者超高层建筑物，除了考虑顺风向的静动力荷载外，还要同时考虑横风向和绕竖向扭转的静动力荷载。 干扰因子：受到干扰作用下建筑受扰建筑与不干扰状态下该建筑的顺风向静风力底部弯矩之比。施绕建筑物的尾流影响变大，干扰因子变小。 建筑群中，不但上游建筑对下游建筑有干扰，下游建筑对上有建筑也有干扰。用“受扰因子”表达。并且再斜风向作用下有明显不利的干扰影响。,第九章：大跨屋盖结构的静动力风荷载,大跨屋盖的主要特点：当风从正面作用高耸结构时会从结构物的两侧分离，而当风从正面作用大跨度结构时则从顶