廈門大學(xué)《風(fēng)工程》課件-3橫風(fēng)向旋渦脫落風(fēng)振及共振響應(yīng)

1、第七章橫風(fēng)向旋渦脫落風(fēng)振及共振響應(yīng)廈門大學(xué)土木工程系碩士課程廈門大學(xué)土木工程系碩士課程 在風(fēng)作用下，不但出現(xiàn)順風(fēng)向平均風(fēng)響應(yīng)和脈動(dòng)風(fēng)響應(yīng)，在風(fēng)作用下，不但出現(xiàn)順風(fēng)向平均風(fēng)響應(yīng)和脈動(dòng)風(fēng)響應(yīng)，在橫風(fēng)向也會(huì)出現(xiàn)脈動(dòng)風(fēng)引起的振動(dòng)。橫風(fēng)向脈動(dòng)荷載是由旋在橫風(fēng)向也會(huì)出現(xiàn)脈動(dòng)風(fēng)引起的振動(dòng)。橫風(fēng)向脈動(dòng)荷載是由旋渦脫落引起的，其荷載完全不滿足渦脫落引起的，其荷載完全不滿足“準(zhǔn)定常假設(shè)準(zhǔn)定常假設(shè)”，因此，對(duì)，因此，對(duì)橫風(fēng)向風(fēng)致振動(dòng)響應(yīng)及其等效靜力風(fēng)荷載的研究方法就與順風(fēng)橫風(fēng)向風(fēng)致振動(dòng)響應(yīng)及其等效靜力風(fēng)荷載的研究方法就與順風(fēng)向完全不一樣。前述的表格與公式也不能適用。向完全不一樣。前述的表格與公式也不能適用。 本章將

2、分別對(duì)矩形截面和圓形截面高層建筑的橫風(fēng)向風(fēng)致本章將分別對(duì)矩形截面和圓形截面高層建筑的橫風(fēng)向風(fēng)致響應(yīng)的研究方法進(jìn)行介紹。響應(yīng)的研究方法進(jìn)行介紹。7-1 矩形截面高層建筑橫風(fēng)向風(fēng)振研究方法矩形截面高層建筑橫風(fēng)向風(fēng)振研究方法 與順風(fēng)向荷載相比，橫風(fēng)向荷載的形成機(jī)理復(fù)雜得多，迄與順風(fēng)向荷載相比，橫風(fēng)向荷載的形成機(jī)理復(fù)雜得多，迄今為止還沒有合適的理論來描述該方向風(fēng)致振動(dòng)的理論公式和今為止還沒有合適的理論來描述該方向風(fēng)致振動(dòng)的理論公式和方法，一般是基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)，用隨機(jī)振動(dòng)理論進(jìn)行處理。方法，一般是基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)，用隨機(jī)振動(dòng)理論進(jìn)行處理。廈門大學(xué)土木工程系碩士課程廈門大學(xué)土木工程系碩士課程一、理論分析一、理論

3、分析 與順風(fēng)向類似，如只考慮一階振型的影響，則廣義坐標(biāo)的與順風(fēng)向類似，如只考慮一階振型的影響，則廣義坐標(biāo)的運(yùn)動(dòng)方程可寫成：運(yùn)動(dòng)方程可寫成：2222( , , , )sd qdqqF t y y ydtdt 這里，這里， 為一階振型的廣義坐標(biāo)，為一階振型的廣義坐標(biāo)， 為結(jié)構(gòu)的阻尼，為結(jié)構(gòu)的阻尼， 為結(jié)構(gòu)的為結(jié)構(gòu)的自振頻率，自振頻率， 為廣義力，由下式確定：為廣義力，由下式確定：qs( , , , )F t y y y 0( , , , )( ) ( , , , , )HF t y y yz P z t y y y dz 這里，這里， 為經(jīng)過質(zhì)量歸一化后的陣型。為經(jīng)過質(zhì)量歸一化后的陣型。( ) z

4、廈門大學(xué)土木工程系碩士課程廈門大學(xué)土木工程系碩士課程 上式中，與位移有關(guān)的部分稱為氣動(dòng)剛度力，與速度有關(guān)上式中，與位移有關(guān)的部分稱為氣動(dòng)剛度力，與速度有關(guān)的部分稱為氣動(dòng)阻尼力，與加速度有關(guān)的部分為氣動(dòng)慣性力。的部分稱為氣動(dòng)阻尼力，與加速度有關(guān)的部分為氣動(dòng)慣性力。一般而言，由于空氣密度較小，結(jié)構(gòu)振動(dòng)引起的附加空氣質(zhì)量一般而言，由于空氣密度較小，結(jié)構(gòu)振動(dòng)引起的附加空氣質(zhì)量（即氣動(dòng)慣性力）很小，可以忽略。對(duì)于超高層建筑，氣動(dòng)剛（即氣動(dòng)慣性力）很小，可以忽略。對(duì)于超高層建筑，氣動(dòng)剛度的影響也很小，可以忽略。由此，廣義外力只有外加脈動(dòng)風(fēng)度的影響也很小，可以忽略。由此，廣義外力只有外加脈動(dòng)風(fēng)力和氣動(dòng)阻尼力

5、兩項(xiàng)。為了方便起見，通常把氣動(dòng)阻尼項(xiàng)移到力和氣動(dòng)阻尼力兩項(xiàng)。為了方便起見，通常把氣動(dòng)阻尼項(xiàng)移到運(yùn)動(dòng)方程的左端，用氣動(dòng)阻尼比來代替，運(yùn)動(dòng)方程的左端，用氣動(dòng)阻尼比來代替， 即：即：2222()( )sad qdqqF tdtdt 其中，其中， 為不包括氣動(dòng)反饋的廣義氣動(dòng)外力，為不包括氣動(dòng)反饋的廣義氣動(dòng)外力，即沒有計(jì)及由于結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致風(fēng)場(chǎng)改變而附加到結(jié)構(gòu)上的那一部即沒有計(jì)及由于結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致風(fēng)場(chǎng)改變而附加到結(jié)構(gòu)上的那一部分氣動(dòng)力。分氣動(dòng)力。 分別為高層建筑的結(jié)構(gòu)阻尼比及氣動(dòng)阻尼比。分別為高層建筑的結(jié)構(gòu)阻尼比及氣動(dòng)阻尼比。 0( )( ) ( , )HF tz P z t dz,sa 廈門大學(xué)土木工程系

6、碩士課程廈門大學(xué)土木工程系碩士課程由上式可知，只需要確定一階廣義力譜由上式可知，只需要確定一階廣義力譜 和氣動(dòng)阻尼和氣動(dòng)阻尼 的大的大小，即可以求出高層建筑橫風(fēng)向的風(fēng)致振動(dòng)響應(yīng)。小，即可以求出高層建筑橫風(fēng)向的風(fēng)致振動(dòng)響應(yīng)。FSa 在風(fēng)洞試驗(yàn)方法中，測(cè)量高層建筑氣動(dòng)力的方法主要有兩種：在風(fēng)洞試驗(yàn)方法中，測(cè)量高層建筑氣動(dòng)力的方法主要有兩種： （1）同步測(cè)壓風(fēng)洞試驗(yàn)）同步測(cè)壓風(fēng)洞試驗(yàn) （2）基底彎矩高頻天平試驗(yàn)）基底彎矩高頻天平試驗(yàn) 上述方法（上述方法（1）可獲得建筑物表面詳細(xì)的風(fēng)壓分布情況，經(jīng)過）可獲得建筑物表面詳細(xì)的風(fēng)壓分布情況，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，可得到各層的風(fēng)力功率譜密度，也可得到各層風(fēng)力之?dāng)?shù)據(jù)處

7、理，可得到各層的風(fēng)力功率譜密度，也可得到各層風(fēng)力之間的相關(guān)函數(shù)和相干函數(shù)。但花費(fèi)較多。間的相關(guān)函數(shù)和相干函數(shù)。但花費(fèi)較多。 方法（方法（2）可直接獲得高層建筑基底五個(gè)分量（順、橫方向基）可直接獲得高層建筑基底五個(gè)分量（順、橫方向基底彎矩和順、橫風(fēng)向基底剪力以及扭矩）的時(shí)程數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)底彎矩和順、橫風(fēng)向基底剪力以及扭矩）的時(shí)程數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后，可得到基底五分量的功率譜密度和互相之間的相干性。處理后，可得到基底五分量的功率譜密度和互相之間的相干性。廈門大學(xué)土木工程系碩士課程廈門大學(xué)土木工程系碩士課程由上所述，若假設(shè)結(jié)構(gòu)橫風(fēng)向的一階振型為如下線性形式：由上所述，若假設(shè)結(jié)構(gòu)橫風(fēng)向的一階振型為如下

8、線性形式：*( ) zz HM （）其中，其中， 為按振型為按振型 求得的廣義質(zhì)量。求得的廣義質(zhì)量。*Mz H設(shè)橫風(fēng)向基底彎矩為設(shè)橫風(fēng)向基底彎矩為 ，則橫風(fēng)向基底彎矩與橫風(fēng)向的一階，則橫風(fēng)向基底彎矩與橫風(fēng)向的一階廣義力有以下關(guān)系：廣義力有以下關(guān)系：0*00*( )( , )( )( , ) ( )( , )( )( ) ()HHHM tP z t zdzzF tP z tz dzP z tdzHMF tM tHM( )M t廈門大學(xué)土木工程系碩士課程廈門大學(xué)土木工程系碩士課程 因此，可通過基底天平試驗(yàn)獲得基底彎矩?cái)?shù)據(jù)，進(jìn)而經(jīng)過簡(jiǎn)因此，可通過基底天平試驗(yàn)獲得基底彎矩?cái)?shù)據(jù)，進(jìn)而經(jīng)過簡(jiǎn)單運(yùn)算直接得到

9、橫風(fēng)向一階廣義力譜的表達(dá)式。單運(yùn)算直接得到橫風(fēng)向一階廣義力譜的表達(dá)式。 另外，一般求氣動(dòng)阻尼比的方法為另外，一般求氣動(dòng)阻尼比的方法為“隨機(jī)減量法隨機(jī)減量法”，其原理，其原理可敘述如下：可敘述如下： 對(duì)在零平均隨機(jī)過程激勵(lì)下的系統(tǒng)響應(yīng)進(jìn)行多次采樣，使采對(duì)在零平均隨機(jī)過程激勵(lì)下的系統(tǒng)響應(yīng)進(jìn)行多次采樣，使采集到的每一樣本具有某種共同的初始條件。對(duì)采集到的大量樣集到的每一樣本具有某種共同的初始條件。對(duì)采集到的大量樣本進(jìn)行集合平均，可以使響應(yīng)中的零平均隨機(jī)量及其造成的影本進(jìn)行集合平均，可以使響應(yīng)中的零平均隨機(jī)量及其造成的影響減小為零，得到在初始條件作用下的自由振動(dòng)響應(yīng)序列，從響減小為零，得到在初始條件作

10、用下的自由振動(dòng)響應(yīng)序列，從此響應(yīng)序列中可以識(shí)別出系統(tǒng)阻尼。此響應(yīng)序列中可以識(shí)別出系統(tǒng)阻尼。 這種技術(shù)的先進(jìn)之處在于可以考慮不同振幅下的阻尼以及不這種技術(shù)的先進(jìn)之處在于可以考慮不同振幅下的阻尼以及不需要進(jìn)行需要進(jìn)行FFT變化，從而避免某些誤差的引入。變化，從而避免某些誤差的引入。 0.51.01.52.0-0.3-0.2-0.10.00.10.20.3a(g)t(s)0.000.050.100.150.20-0.3-0.2-0.10.00.10.20.3疊加結(jié)果樣本a(g)t(s)隨機(jī)減量計(jì)算過程示意圖隨機(jī)減量計(jì)算過程示意圖 廈門大學(xué)土木工程系碩士課程廈門大學(xué)土木工程系碩士課程廈門大學(xué)土木工程系

11、碩士課程廈門大學(xué)土木工程系碩士課程二、基底彎矩風(fēng)洞試驗(yàn)二、基底彎矩風(fēng)洞試驗(yàn) 根據(jù)研究的需要，采用了根據(jù)研究的需要，采用了15種不同斷面的模型，模型的高種不同斷面的模型，模型的高寬比在寬比在4/19/1范圍內(nèi)變化，寬厚比在范圍內(nèi)變化，寬厚比在1/33/1范圍內(nèi)變化范圍內(nèi)變化,模型模型截面角點(diǎn)不設(shè)或者設(shè)置截面角點(diǎn)不設(shè)或者設(shè)置5，10或或20削角和凹角。削角和凹角。15個(gè)模型個(gè)模型的截面形狀如下圖所示。模型高度均為的截面形狀如下圖所示。模型高度均為600mm，若縮尺比取為，若縮尺比取為1/500，等效超高層建筑高度為，等效超高層建筑高度為300m。 廈門大學(xué)土木工程系碩士課程廈門大學(xué)土木工程系碩士課

12、程各模型外形廈門大學(xué)土木工程系碩士課程廈門大學(xué)土木工程系碩士課程B-2模型內(nèi)端板208a6模型內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖傳感器引線洞20模型下端板表面木板模型內(nèi)端板填充泡木空腔（用以安裝傳感器及配重）模型下端板注：1、模型寬度B=67、100；2、模型高度為548；3、模型內(nèi)端板是厚度為1的鋁板；4、模型下端板是厚度為3的鋁板；5、表面木板是厚度為1的輕木板；6、本圖尺寸以mm計(jì)。B-2廈門大學(xué)土木工程系碩士課程廈門大學(xué)土木工程系碩士課程模型編號(hào)風(fēng)向角及對(duì)應(yīng)試驗(yàn)風(fēng)場(chǎng)001503004506007509001ABCDBDBDBDBDBDBD2BCD-3ABCDBDBDBD-4BCD-5BCD-6ABCDBDBD

13、BD-7ABCDBDBDBDBDBDABCD8ABCDBDBDBDBDBDABCD9ABCDBDBDBDBDBDABCDDABCDBDBDBD-EABCDBDBDBD-FABCDBDBDBD-GABCDBDBDBD-HABCDBDBDBD-IABCDBDBDBD-廈門大學(xué)土木工程系碩士課程廈門大學(xué)土木工程系碩士課程 把用高頻天平測(cè)量到的模型橫風(fēng)向基底彎矩時(shí)程序列進(jìn)行把用高頻天平測(cè)量到的模型橫風(fēng)向基底彎矩時(shí)程序列進(jìn)行譜變換得到橫風(fēng)向基底彎矩譜。把橫風(fēng)向基底彎矩譜進(jìn)行無量譜變換得到橫風(fēng)向基底彎矩譜。把橫風(fēng)向基底彎矩譜進(jìn)行無量綱化折減，得到橫風(fēng)向無量綱基底彎矩譜，亦即橫風(fēng)向折減廣綱化折減，得到橫風(fēng)向

14、無量綱基底彎矩譜，亦即橫風(fēng)向折減廣義氣動(dòng)力譜。義氣動(dòng)力譜。 為了便于工程使用，必須將試驗(yàn)曲線進(jìn)行曲線擬合，得到為了便于工程使用，必須將試驗(yàn)曲線進(jìn)行曲線擬合，得到平滑曲線，甚至數(shù)學(xué)公式。平滑曲線，甚至數(shù)學(xué)公式。 222222)/()/(1)/(5 . 0)(ppppHMxfnfnfnSBHVffSHUfBn/折減頻率廈門大學(xué)土木工程系碩士課程廈門大學(xué)土木工程系碩士課程BDHhr/ 令：令：BDdb/)( , 4)( , 3)( , 2)( , 1DCBAw)321-68)(28. 148. 9191(102dbdb5whrhrwpf 擬合得到：擬合得到：)08. 0422. 0)(05. 012

15、. 284. 0(0004. 01 . 02124 . 0dbdbhrhrwpweSdbhrweee/44. 37 . 163. 026. 17 . 1)065. 0)(00473. 01 ()67. 1414. 0)(00006. 0)(0007. 006. 08 . 0(23. 134. 0dbdbhrwhrwee廈門大學(xué)土木工程系碩士課程廈門大學(xué)土木工程系碩士課程0.11E-41E-30.010.1模型1(H/B=6) A類風(fēng)場(chǎng) 試驗(yàn)值 擬合值fSMx(f)/(0.5UH2BH2)2fB/UH廈門大學(xué)土木工程系碩士課程廈門大學(xué)土木工程系碩士課程0.11E-41E-30.010.1模型2(

16、H/B=5) B類風(fēng)場(chǎng) 試驗(yàn)值 擬合值fSMx(f)/(0.5UH2BH2)2fB/UH廈門大學(xué)土木工程系碩士課程廈門大學(xué)土木工程系碩士課程0.11E-41E-30.010.1模型3(H/B=4) B類風(fēng)場(chǎng) 試驗(yàn)值 擬合值fSMx(f)/(0.5UH2BH2)2fB/UH廈門大學(xué)土木工程系碩士課程廈門大學(xué)土木工程系碩士課程0.11E-51E-41E-30.01 模型7(H/B/D=6/3/1) 長(zhǎng)邊迎風(fēng) 風(fēng)場(chǎng)B 試驗(yàn)值 擬合值fSMx(f)/(0.5UH2BH2)2fB/UH廈門大學(xué)土木工程系碩士課程廈門大學(xué)土木工程系碩士課程0.11E-41E-30.010.1 模型8(H/B/D=6/2/1

17、) 長(zhǎng)邊迎風(fēng) 風(fēng)場(chǎng)B試驗(yàn)值 擬合值fSMx(f)/(0.5UH2BH2)2fB/UH廈門大學(xué)土木工程系碩士課程廈門大學(xué)土木工程系碩士課程三、氣動(dòng)阻尼風(fēng)洞試驗(yàn)三、氣動(dòng)阻尼風(fēng)洞試驗(yàn) 以高度以高度H=300m、寬度、寬度B=50m的方形截面超高層建筑為基本的方形截面超高層建筑為基本研究對(duì)象，基本建筑模型的外觀尺寸如下：研究對(duì)象，基本建筑模型的外觀尺寸如下： mmDBHmmm1 . 0m1 . 06 . 0 單自由度氣動(dòng)彈性模型不需要模擬質(zhì)量分布，但需要模擬一單自由度氣動(dòng)彈性模型不需要模擬質(zhì)量分布，但需要模擬一階廣義質(zhì)量。此外，還需要模擬一階固有頻率。階廣義質(zhì)量。此外，還需要模擬一階固有頻率。 編號(hào)結(jié)

18、構(gòu)阻尼比風(fēng)場(chǎng)風(fēng)向角風(fēng)速（m/s）10.006A04,5,6,7,8,9,10,11,12,12.5,13,14,16904,6,8,10,12,14,1620.006B04,6,8,10,11,12,13,14,16904,6,8,10,12,14,1630.006C04,5,6,7,8,9,10,11,11.5,12,12.5,13,13.5,14,16904,5,6,7,8,9,10,11,12,12.5,13,14,1640.006D04,6,8,10,11,12,12.5,13,14,15904,6,8,10,12,1450.012C04,6,8,9,10,11,11.5,12,12.

19、5,13,14,15904,6,8,10,12,1460.0188C04,6,8,10,11.5,12,12.5,13.5,15904,6,8,10,12,1470.0217C04,6,8,10,11,11.5,12,12.5,13.5,15904,6,8,10,12,14廈門大學(xué)土木工程系碩士課程廈門大學(xué)土木工程系碩士課程廈門大學(xué)土木工程系碩士課程廈門大學(xué)土木工程系碩士課程2*222*2*2*2*1)/()/(1)/()/()/(1sssssaUUUUUUKUUUUK擬合氣動(dòng)阻尼比的公式為：擬合氣動(dòng)阻尼比的公式為：)/(1*BfUUH2*22*2*2*)8 . 9/(0291. 0)8 .

20、9/(1)8 . 9/(000125. 0)8 . 9/()8 . 9/(10025. 0UUUUUa為便于實(shí)用，將上述系數(shù)取為常數(shù)，其公式為：為便于實(shí)用，將上述系數(shù)取為常數(shù)，其公式為：廈門大學(xué)土木工程系碩士課程廈門大學(xué)土木工程系碩士課程4681012-0.010.000.010.02s=0.61A類風(fēng)場(chǎng) s=0.61B類風(fēng)場(chǎng)s=0.61C類風(fēng)場(chǎng) s=0.61D類風(fēng)場(chǎng)s=1.20C類風(fēng)場(chǎng) s=1.88C類風(fēng)場(chǎng)s=2.17C類風(fēng)場(chǎng) 擬合值a,yU/(f1B)廈門大學(xué)土木工程系碩士課程廈門大學(xué)土木工程系碩士課程468101214-0.0050.0000.0050.0100.015s=0.61A類風(fēng)

21、場(chǎng) s=0.61B類風(fēng)場(chǎng)s=0.61C類風(fēng)場(chǎng) s=0.61D類風(fēng)場(chǎng)s=1.20C類風(fēng)場(chǎng) s=1.88C類風(fēng)場(chǎng)s=2.17C類風(fēng)場(chǎng) 擬合值a,xU/(f1B)廈門大學(xué)土木工程系碩士課程廈門大學(xué)土木工程系碩士課程7-2 圓形截面高層建筑橫風(fēng)向風(fēng)振研究方法圓形截面高層建筑橫風(fēng)向風(fēng)振研究方法 第一章已經(jīng)闡明，對(duì)圓柱體而言，不同的雷諾數(shù)范圍，出第一章已經(jīng)闡明，對(duì)圓柱體而言，不同的雷諾數(shù)范圍，出現(xiàn)不同的風(fēng)致振動(dòng)特征，在現(xiàn)不同的風(fēng)致振動(dòng)特征，在 時(shí)，即亞臨界范圍，為時(shí)，即亞臨界范圍，為周期性的旋渦脫落振動(dòng)；當(dāng)周期性的旋渦脫落振動(dòng)；當(dāng) 時(shí)，即超臨界時(shí)，即超臨界范圍，為不規(guī)則的隨機(jī)振動(dòng)，當(dāng)范圍，為不規(guī)則的隨機(jī)振

22、動(dòng)，當(dāng) 時(shí)，即跨臨界范圍，時(shí)，即跨臨界范圍，又逐漸由不規(guī)則隨機(jī)振動(dòng)出現(xiàn)規(guī)則的周期振動(dòng)。對(duì)于亞臨界和又逐漸由不規(guī)則隨機(jī)振動(dòng)出現(xiàn)規(guī)則的周期振動(dòng)。對(duì)于亞臨界和超臨界隨機(jī)振動(dòng)而言，由于風(fēng)力尚小，一般遠(yuǎn)離設(shè)計(jì)荷載，但超臨界隨機(jī)振動(dòng)而言，由于風(fēng)力尚小，一般遠(yuǎn)離設(shè)計(jì)荷載，但對(duì)于跨臨界范圍，由于對(duì)于跨臨界范圍，由于 大必然風(fēng)速大，對(duì)此可能產(chǎn)生的共振，大必然風(fēng)速大，對(duì)此可能產(chǎn)生的共振，必須予以嚴(yán)密的注意和驗(yàn)算。必須予以嚴(yán)密的注意和驗(yàn)算。5Re3 10 563 10Re3.5 106Re3.5 10Re廈門大學(xué)土木工程系碩士課程廈門大學(xué)土木工程系碩士課程一、橫風(fēng)向彎曲響應(yīng)幾種常用的模型一、橫風(fēng)向彎曲響應(yīng)幾種常用的

23、模型 1、橫風(fēng)向氣動(dòng)效應(yīng)模型、橫風(fēng)向氣動(dòng)效應(yīng)模型 單位長(zhǎng)度上升力可表示為：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度上升力可表示為：21, , ,2LLFv Dx x x t 式中，式中， 為與空氣彈性效應(yīng)有關(guān)的隨時(shí)間變化的為與空氣彈性效應(yīng)有關(guān)的隨時(shí)間變化的升力系數(shù)，升力系數(shù)，D為圓截面直徑。為圓截面直徑。, , ,Lx x x t 用得最多的是用得最多的是Van der Pol升力振子模型，彎曲振動(dòng)方程為：升力振子模型，彎曲振動(dòng)方程為：2211122222012( )2( )( )( )( )( )( )LLLsLLLsLsLssm xxxv DttxtttGtHtFD 廈門大學(xué)土木工程系碩士課程廈門大學(xué)土木工程系碩士課程

24、2、正弦力模型、正弦力模型 盧曼（盧曼（W.S.Rumman）認(rèn)為氣動(dòng)彈性效應(yīng)在一般情況下的）認(rèn)為氣動(dòng)彈性效應(yīng)在一般情況下的影響并不很大，則：影響并不很大，則： 21( )( )2LLF tv B zt 工程師最感興趣的是風(fēng)速最大的跨臨界范圍，此時(shí)旋渦脫工程師最感興趣的是風(fēng)速最大的跨臨界范圍，此時(shí)旋渦脫落為規(guī)則的周期振動(dòng)，可能發(fā)生的共振是最危險(xiǎn)的，必須予以落為規(guī)則的周期振動(dòng)，可能發(fā)生的共振是最危險(xiǎn)的，必須予以嚴(yán)密的注意和驗(yàn)算。因此，運(yùn)動(dòng)方程為：嚴(yán)密的注意和驗(yàn)算。因此，運(yùn)動(dòng)方程為：21( )( )sin2LLsF tv B zt廈門大學(xué)土木工程系碩士課程廈門大學(xué)土木工程系碩士課程 二、按盧曼模型

25、計(jì)算橫風(fēng)向彎曲響應(yīng)的幾個(gè)問題二、按盧曼模型計(jì)算橫風(fēng)向彎曲響應(yīng)的幾個(gè)問題 1、橫風(fēng)向風(fēng)力系數(shù)、橫風(fēng)向風(fēng)力系數(shù)L 雷諾數(shù)不同，上式中雷諾數(shù)不同，上式中 的值也不同，如圖所示：的值也不同，如圖所示：L跨臨界范圍跨臨界范圍 的值在的值在0.20.25之間。之間。L廈門大學(xué)土木工程系碩士課程廈門大學(xué)土木工程系碩士課程 2、旋渦脫落圓頻率和鎖住效應(yīng)、旋渦脫落圓頻率和鎖住效應(yīng) 旋渦脫落圓頻率旋渦脫落圓頻率 ， 可以通過斯托羅哈數(shù)求出?？梢酝ㄟ^斯托羅哈數(shù)求出。斯托羅哈數(shù)的定義為：斯托羅哈數(shù)的定義為：2ssnsnsn BStv 斯托羅哈數(shù)的取值如圖所示：斯托羅哈數(shù)的取值如圖所示：廈門大學(xué)土木工程系碩士課程廈門大

26、學(xué)土木工程系碩士課程 鎖定效應(yīng)：試驗(yàn)證明，當(dāng)與風(fēng)速有關(guān)的旋渦脫落圓頻率鎖定效應(yīng)：試驗(yàn)證明，當(dāng)與風(fēng)速有關(guān)的旋渦脫落圓頻率 與結(jié)構(gòu)某一自振頻率與結(jié)構(gòu)某一自振頻率 一致后，即使增大風(fēng)速，旋渦脫落圓一致后，即使增大風(fēng)速，旋渦脫落圓頻率亦不改變，而在增大風(fēng)速范圍一個(gè)區(qū)域內(nèi)，都處于共振狀頻率亦不改變，而在增大風(fēng)速范圍一個(gè)區(qū)域內(nèi)，都處于共振狀態(tài)。此區(qū)域成為鎖住區(qū)域。對(duì)于圓柱體結(jié)構(gòu)，約在態(tài)。此區(qū)域成為鎖住區(qū)域。對(duì)于圓柱體結(jié)構(gòu)，約在 范圍內(nèi)均為鎖住區(qū)域。如圖所示。范圍內(nèi)均為鎖住區(qū)域。如圖所示。sj(11.3)zcvv廈門大學(xué)土木工程系碩士課程廈門大學(xué)土木工程系碩士課程 3、橫風(fēng)向風(fēng)力圖、橫風(fēng)向風(fēng)力圖 各截面處的

27、橫風(fēng)向風(fēng)力即可求出，如圖所示，各截面處的橫風(fēng)向風(fēng)力即可求出，如圖所示，(b)圖為一圖為一結(jié)構(gòu)最多出現(xiàn)的橫風(fēng)向風(fēng)力圖。它包含全部三個(gè)臨界范圍，而結(jié)構(gòu)最多出現(xiàn)的橫風(fēng)向風(fēng)力圖。它包含全部三個(gè)臨界范圍，而在跨臨界范圍，又最多可分三個(gè)區(qū)域。由于非共振區(qū)域與鎖住在跨臨界范圍，又最多可分三個(gè)區(qū)域。由于非共振區(qū)域與鎖住區(qū)域相比影響較小，因此可只考慮跨臨界范圍共振區(qū)域的風(fēng)力。區(qū)域相比影響較小，因此可只考慮跨臨界范圍共振區(qū)域的風(fēng)力。如圖如圖(c)所示。一般情況下，將荷載簡(jiǎn)化為所示。一般情況下，將荷載簡(jiǎn)化為(d)所示。所示。 高度為高度為臨界風(fēng)速所處的高度。臨界風(fēng)速所處的高度。1H廈門大學(xué)土木工程系碩士課程廈門大學(xué)土木工程系碩士課程三、橫風(fēng)向彎曲響應(yīng)的計(jì)算三、橫風(fēng)向彎曲響應(yīng)的計(jì)算 僅僅研究跨臨界范圍內(nèi)橫風(fēng)向共振的情景。僅僅研究跨臨界范圍內(nèi)橫風(fēng)向共振的情景。6,Re3.5 10Hcr jvv且 其中，雷諾數(shù)、共振風(fēng)速及結(jié)