结构风工程及试验技术作业.docVIP

上课内容 （一）为什么要进行风工程的研究 风灾是自然灾害中主要灾种之一。 风的破坏力是巨大的，尤其是飓风。据媒体报道，2004年北美的“珍妮”、“查理”和“伊万”等飓风造成2000多人死亡，直接经济损失约500亿USD。2004年“云娜”台风也造成我国浙江省约180人死亡，直接经济损失200多亿。美国一著名研究团队于预计，2009年大西洋飓风季节将出现14次热带风暴，其中有7次可能发展成为飓风。于11月30日结束的本年度飓风季是美国历史上最活跃的季节之一，总计16次热带风暴，8次飓风。据美国国家海洋与大气管理局消息，美国还发生了一系列的衍生性风暴。2008年3级或3级以上飓风有5。2008年飓风季考验了卡特里娜（Katrina）飓风后重建的新奥尔良码头，冲击了德克萨斯州油田，夺去了海地800人的生命。去年有3次强飓风袭击古巴，摧毁约50万座房屋，夷平了甘蔗和烟草种植地，造成约100亿美元的损失。400米以上的结构有4栋，200米以上的超高层建筑有十多栋。计划中的意大利Messina大桥的主跨达3000多米，我国建成的苏通长江大桥是世界第一的斜拉桥，主跨达1088米。我国奥运会及世博会的申办成功，建造了或将建设大量的大跨空间结构。此外，发达国家甚至提出了千米高度量级的“空中城市”的概念。强风作用下结构的风荷载和响应是结构安全性使用性的控制荷载之一。历史上不乏桥梁、建筑被风吹毁的案例：1897年，英国泰湾桥风毁；1948年美国塔可玛桥风毁：从1818年起，至少有11座桥梁毁于强风。除桥梁外，其他一些大型建筑如冷却塔、输电塔，甚至成片的房屋，和广告牌等公共设施等，都不同程度的经常受到来自风的破坏。 由此可见，系统、全面地研究风工程，对建筑物的安全以及社会的稳定都极其重要，在人类发展史上必将产生重大的意义。 （二）结构风工程研究的内容和方法 结构风工程的主要研究内容包括：近地风特性、建筑钝体空气动力学和气动弹性力学、结构的风荷载和响应及破坏机理、结构风荷载及响应的控制方法、结构抗风设计方法等。主要涉及的工程对象为：大跨桥梁、大跨空间结构、高层和超高层建筑、高耸结构（电视塔、输电线塔等）、大型工业结构（大新内阁起重机和工程施工机械等）、低矮房屋等。研究的主要方法包括：现场实测（桥梁、建筑）、风洞试验（模型试验）、理论分析和数值模拟。 风洞是指在一个管道内，用动力设备驱动一股速度可控的气流，用以对模型进行空气动力实验的一种设备。它是进行空气动力实验最常用、最有效的工具。风洞由驱动系统、洞体、测量控制系统三部分组成。湖南大学风洞试验室拥有两个风洞，为“HD-1号风洞”和“HD-2号风洞”。国务委员、教育部长、省委书记、省长等领导曾来此考察。湖南大学风工程试验研究中心拥有主要仪器激光位移计测量系统，该系统主要用于桥梁模型风洞试验，可用来测量运动模型任意时刻的动位移，能分析模型运动的频率和振动模态，该系统包含11个激光位移计，最多可同时测量11个测点。美国PSI电磁扫描压力测量系统可同时测512个点的压力，精度可达万分之六，在规模和精度方面都处于国内领先水平。研究中心的三维超声风速仪主要用于野外试验，可用于实桥上空间某个点的速度大小和方向测量，通过布置两个以上超声风速仪，可测量空间不同点的速度差和空间相关性，使用方便、测量精度高，是野外试验风场测量必不可少的工具。另外还有动态应变信号调理与采集系统，LMS振动测量与模态分析系统。 （三）桥梁风工程 旧塔科马海峡桥风毁事故发生在1940年，位于美国西北的华盛顿州，高跨比达到了1：350，在18米每秒的风速中因为风导致的自激发散振动扭转颤振，不幸毁掉。由此得出教训：桥梁要有空气动力稳定性。 近年来桥梁风致振动造成病害一般是是由于材料结构形式本身的原因和风致振动的观念尚未充分普及深入到工程设计人员所致。主要现象有：钢桥主梁涡振、尾流干扰、拉索振动（风雨振实最严重的一种）、细长构件振动（如H型构件）。钢桥涡振的实例有日本东京湾桥的震动；尾流干扰比如赛车的倾覆和拉索驰振，在拉索驰振的实例中，我们根据风洞试验修改了设计方案，避免了损失。 大量的研究表明，并列双圆柱、矩形柱或其他钝体截面之间存在气动干扰，这种干扰会对结构的气动性能产生不利影响；基于平胜桥模型，得出桥面间距对双桥面临界风速和颤振导数的影响结果。 斜拉索风雨振与磁流变阻尼振动控制技术 随着斜拉桥跨度的震动，斜拉桥拉索越来越长，导致拉索越来越柔，结构阻尼越来越小，在风雨的共同作用下，斜拉索极易发生风雨共振现象。 例如通过对岳阳洞庭湖大桥风雨振的观测与控制，得出了风雨振振动形态的主要特征：驰振；振动由某一阶段模态控制；振动模态为1-4阶；存在主模态转移现象；拉索的振动轨迹是一个斜置的椭圆。 2003年，研究中心发明了一种适合中国国情的永磁调节式磁流变