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大跨度空间结构风场实测系统验证与应用
作 者: 洪江波
导 师: 罗尧治
学 校: 浙江大学
专 业: 建筑与土木工程
关键词: 大跨度屋盖 现场实测 无线传感 风压脉冲 相关性分析 功率谱
分类号: TU317
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
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内容摘要
近二十年来,我国在大跨度空间结构方面取得了迅猛发展,并兴建了大量具有代表性的工程结构。经过近几十年的研究,一些涉及到大跨度结构设计中的基本问题,如静力分析、稳定验算、施工模拟等,都已得到了较好的解决。而对于在设计中往往起控制作用的风荷载的研究一直进展缓慢,相对于其它结构类型,大跨度屋盖表面主要受流场的分离和再附着作用,风荷载成为大跨度屋盖结构破坏的主要原因。因此对大跨度屋盖结构风载特性进行研究具有重要的工程意义。目前风工程研究的主要手段有风洞试验和数值模拟方法,但由于“缩尺效应”,风洞试验结果与结构在实际流场中受到的风荷载往往存在一定的差异,而数值风洞在精确模拟入口和出口边界条件方面还存在一定的难度。现场实测是最基础最直接的研究手段,可以有效验证和改进风洞试验和数值计算方法和结果,但由于费用高、布线难等问题,目前国内外关于全尺寸实测的研究相对较少,本课题组开发出了基于无线传感技术的风场实测系统,有望促进大跨度屋盖结构风场实测研究的进步。首先详细介绍了课题组研发的基于无线传感技术的无线风场实测系统硬件和软件组成。接着,通过浙江大学ZD-1风洞试验室对风场实测系统进行了验证,内容主要包括均匀流和B类地貌流场作用下风速风向传感器和风压传感器测试结果与风洞试验对比,试验结果表明无线风场实测系统整体稳定性较好,传感器精度较高,满足实测要求。最后将无线风场实测系统应用于浙江大学文体中心国家体育场“鸟巢”大跨度屋盖结构,对屋盖表面风速风向和风压进行实测,获得了大量数据。通过对两个大跨度屋盖结构上方风速风向实测数据的类比分析,对大跨度屋盖表面风场特性进行研究。通过实测风压数据,利用风压系数、相关性和功率谱等对大跨度屋盖结构风载特性进行了分析研究。
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全文目录
致谢 4-5 摘要 5-6 Abstract 6-8 目录 8-11 第一章 绪论 11-21 1.1 引言 11-13 1.2 风工程传统研究方法 13-14 1.2.1 风洞试验 13 1.2.2 计算风工程 13-14 1.3 全尺寸现场实测 14-17 1.3.1 国外风场实测研究现状 15-16 1.3.2 国内风场实测研究现状 16-17 1.4 大跨屋盖结构的特征湍流 17-19 1.5 本文主要工作 19-21 第2章 大跨度空间结构风场实测系统验证 21-41 2.1 引言 21 2.2 风场实测硬件系统 21-25 2.2.1 传感器节点 22-23 2.2.2 无线传感单元 23-25 2.3 风场实测软件系统 25-30 2.3.1 工程管理模块 27 2.3.2 数据采集存储和显示分析模块 27-29 2.3.3 串口通信和远程控制模块 29-30 2.4 风速实测系统风洞试验验证 30-34 2.4.1 试验概况 30-32 2.4.2 均匀流作用下风速实测系统验证 32-33 2.4.3 B类地貌流场作用下风速实测系统验证 33-34 2.5 风压实测系统风洞试验验证 34-39 2.5.1 试验概况 34-35 2.5.2 均匀流作用下风压实测系统验证 35-37 2.5.3 B类地貌流场作用下风压实测系统验证 37-39 2.6 本章小结 39-41 第3章 国家体育场与浙大文体中心大跨度屋盖风速实测系统应用 41-59 3.1 引言 41-42 3.2 工程背景 42-44 3.2.1 国家体育场 42-43 3.2.2 浙大文体中心 43-44 3.3 环境风特性分析方法 44-48 3.3.1 脉动风速概率分布 44-45 3.3.2 自相关和互相关函数 45 3.3.3 湍流度和阵风系数 45-46 3.3.4 湍流积分尺度 46-47 3.3.5 纵向脉动风速谱 47-48 3.4 大跨度空间结构屋盖风速实测研究 48-57 3.4.1 平均风速风向 48-50 3.4.2 脉动风速概率分布 50-51 3.4.3 湍流度和阵风因子 51-54 3.4.4 湍流积分尺度和相关性分析 54-56 3.4.5 脉动风速功率谱密度 56-57 3.5 本章小结 57-59 第4章 浙大文体中心大跨度屋盖风压实测系统应用 59-79 4.1 引言 59 4.2 建筑结构风压基本分析方法 59-61 4.3 风压系数和体型系数 61-62 4.4 相关性分析 62-67 4.4.1 脉动风压相关性分析 62-64 4.4.2 脉动风压空间相干性 64-67 4.4.3 风速风压相关性分析 67 4.5 脉动风压的非高斯特性 67-73 4.5.1 风压脉冲现象 67-69 4.5.2 脉动风压的非高斯特性 69-73 4.6 脉动风压功率谱密度 73-76 4.6.1 脉动风压谱的基本概念 73 4.6.2 风压功率谱的曲线特性 73-75 4.6.3 脉动风压功率谱曲线拟合 75-76 4.7 本章小结 76-79 第五章 结论与展望 79-81 5.1 结论 79-80 5.2 展望 80-81 参考文献 81-89 作者简介 89
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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑结构 > 结构理论、计算 > 结构试验与检验
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