利用汽車行駛風(fēng)測試標(biāo)準(zhǔn)模型建筑風(fēng)壓系數(shù)跑車試驗(yàn)方法研究.pdf

1、隨著中國城鎮(zhèn)化的迅速發(fā)展，城市高層建筑變得愈來愈密集，而由于高層建筑阻尼小，風(fēng)荷載往往成為設(shè)計(jì)中需要考慮的主要荷載之一，因此建筑抗風(fēng)研究就愈來愈必要。目前建筑抗風(fēng)的研究手段主要有風(fēng)洞試驗(yàn)、現(xiàn)場實(shí)測和數(shù)值模擬。風(fēng)洞試驗(yàn)由于能夠較好地模擬大氣邊界層風(fēng)場，且能夠多次重復(fù)試驗(yàn)，相比現(xiàn)場實(shí)測耗時(shí)少，因此風(fēng)洞試驗(yàn)成為建筑抗風(fēng)研究的最主要手段。雖然國內(nèi)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室總量較多，但地區(qū)分布不均，諸如河南等地區(qū)目前還沒有大型風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室，這對建筑抗風(fēng)的試驗(yàn)研究形

2、成了限制。眾所周知，汽車行駛過程中能夠產(chǎn)生風(fēng)，而風(fēng)洞試驗(yàn)是由大型風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生風(fēng)。為了研究一種便捷、經(jīng)濟(jì)且可靠的建筑抗風(fēng)試驗(yàn)方法，參照風(fēng)洞試驗(yàn)的方法將建筑縮尺模型固定在車頂試驗(yàn)平臺(tái)上，利用汽車行駛產(chǎn)生的相對風(fēng)場對縮尺模型風(fēng)壓系數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)研究。這就提出了一種利用汽車行駛產(chǎn)生風(fēng)測試標(biāo)準(zhǔn)模型建筑風(fēng)壓系數(shù)的跑車試驗(yàn)方法。
　　首先，研制了利用汽車行駛風(fēng)測試標(biāo)準(zhǔn)模型建筑風(fēng)壓系數(shù)跑車試驗(yàn)方法的硬件系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)的研制包括跑車試驗(yàn)裝置構(gòu)造和設(shè)備裝

3、置的研制及組裝。為了保證跑車試驗(yàn)風(fēng)速的穩(wěn)定性，跑車試驗(yàn)選擇一輛具有定速巡航功能的小汽車;為了將縮尺模型固定在車頂并能夠變換不同風(fēng)向角，設(shè)計(jì)了跑車試驗(yàn)方法的物理試驗(yàn)平臺(tái)及其與小汽車的組裝;為了研究車頂不同高度的風(fēng)速特性，自行研制了可變換不同高度的皮托管測量架;為了能夠?qū)崿F(xiàn)多種儀器設(shè)備可同時(shí)工作，對風(fēng)速測試儀器（皮托管）、振動(dòng)測試儀器（拾振器）和風(fēng)壓測試儀器（風(fēng)壓傳感器）等多種設(shè)備進(jìn)行簡單集成;為了保證跑車試驗(yàn)方法的硬件系統(tǒng)能穩(wěn)定工作，制定

4、了跑車試驗(yàn)步驟并選擇了合適的試驗(yàn)路況。研究結(jié)果表明:試驗(yàn)汽車速度穩(wěn)定，滿足試驗(yàn)要求;跑車試驗(yàn)所研制的物理試驗(yàn)平臺(tái)能夠與汽車穩(wěn)定組裝，且物理試驗(yàn)平臺(tái)具備調(diào)整風(fēng)向角功能;所研制的皮托管測量架具備調(diào)整皮托管高度和位置的功能，適用于跑車試驗(yàn)方法;跑車試驗(yàn)測試標(biāo)準(zhǔn)模型建筑風(fēng)壓所需的風(fēng)速測試儀器、振動(dòng)測試儀器和風(fēng)壓測試儀器可同時(shí)工作;跑車試驗(yàn)方法的測試步驟和路況滿足試驗(yàn)要求且儀器設(shè)備可穩(wěn)定工作。
　　其次，開發(fā)了跑車試驗(yàn)方法測試標(biāo)準(zhǔn)模型建筑風(fēng)

5、壓數(shù)據(jù)處理的軟件系統(tǒng)。數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)主要包括風(fēng)壓數(shù)據(jù)預(yù)處理開發(fā)和風(fēng)壓數(shù)據(jù)后處理開發(fā)。數(shù)據(jù)預(yù)處理基于MATLAB軟件開發(fā)了兩大模塊:剔除奇異值、數(shù)據(jù)平滑處理。數(shù)據(jù)后處理開發(fā)采用MATLAB GUI模塊編程實(shí)現(xiàn)，可將數(shù)據(jù)采集軟件得到的電壓信號轉(zhuǎn)換為風(fēng)壓信號，還可同時(shí)計(jì)算20個(gè)測點(diǎn)的平均風(fēng)壓系數(shù)，并可對風(fēng)壓測點(diǎn)進(jìn)行時(shí)程分析和頻域分析。研究結(jié)果表明:數(shù)據(jù)預(yù)處理軟件能夠?qū)崿F(xiàn)對異常數(shù)據(jù)的剔除，數(shù)據(jù)平滑處理模塊可有效減小隨機(jī)誤差，該軟件能夠有效對試

6、驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，提高數(shù)據(jù)精度;數(shù)據(jù)后處理軟件能快速地對20個(gè)測點(diǎn)的平均風(fēng)壓系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，可提高跑車試驗(yàn)方法測試標(biāo)準(zhǔn)模型建筑風(fēng)壓系數(shù)的試驗(yàn)效率。
　　最后，驗(yàn)證了利用汽車行駛風(fēng)測試標(biāo)準(zhǔn)模型建筑風(fēng)壓系數(shù)跑車試驗(yàn)方法的可行性。利用自行設(shè)計(jì)的皮托管測量架研究了50km/h、72km/h和90km/h車速下車頂不同高度的風(fēng)特性;研究了72km/h車速下汽車振動(dòng)對跑車試驗(yàn)的試驗(yàn)風(fēng)速的影響;分析了72km/h車速得到的動(dòng)壓數(shù)據(jù)和3個(gè)典型測點(diǎn)風(fēng)

7、壓數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性狀況，并分析了三種不同車速下典型測點(diǎn)的風(fēng)壓系數(shù)結(jié)果;研究了72km/h車速下利用跑車試驗(yàn)方法所得到的CAARC標(biāo)準(zhǔn)模型20個(gè)測點(diǎn)的平均風(fēng)壓系數(shù)，并驗(yàn)證了跑車試驗(yàn)方法測試標(biāo)準(zhǔn)模型建筑風(fēng)壓系數(shù)是否可行。研究結(jié)果表明:隨著車速的增大，車頂不同高度的風(fēng)速均勻程度呈現(xiàn)增大趨勢，考慮行車安全性等因素選擇72km/h作為跑車試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)模型測壓的試驗(yàn)車速;汽車振動(dòng)對跑車試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)模型測壓中的試驗(yàn)風(fēng)速影響很小，不同風(fēng)向角下汽車振動(dòng)對風(fēng)速的影