风洞试验(精)PPT课件
合集下载
第十讲 风洞试验技术
1.2 试验模型
z(1) 精确的结构物模型 z(2) 简化的周边环境模型 z(3) 概略的上游地表模型
1.3 风洞试验分类
风环境风洞试验 风洞试验 建筑结构风洞试验
桥梁结构风洞试验
1.3 风洞试验分类(续)
风环境
地面或行人风环境(Pedestrian level) 建筑物周边风环境 (Topography model) 环境空气动力学试验(Environmental aerodynamics)
U
动力：CW (dTw / dt ) = W − H
τ = CW /[(∂H / ∂Tw ) − (∂W / ∂Tw )]
图2. 热线风速仪
2.4 平均风速指标
z(1) 不同高度平均风速 z(2) 风剖面指数α z(3) 梯度风高度
2.5 脉动风速指标
z(1) 紊流强度： I = σ u , I = σ v , I = σ w
P static
Pt
=
Ps
+ Pd
=
P0
+
1 2
ρaU 2
P total
Pd
=
Pt
− Ps
=
1 2
ρaU 2
=
ρ w gΔh
U=
P dyn
2g
ρw ρa
Δh
ρ w
图1. 皮托管测压
2.3 试验设备
z(2) 热线风速仪——脉动风速
静力：W = H
( ) W = I 2Rw, H = A1 + B1 U (Tw − Te )
H
¾ 4. 表面测压试验
4.1 模型要求 z(1) 刚性——外型无变形 z(2) 不漏气——压力为常数 z(3) 外形相似
风洞试验技术介绍及应用课件
风洞管道
用于产生和控制气流，通常由坚固、轻质且 耐腐蚀的材料制成。
风扇和压缩机
模型台
用于放置和固定试验模型，具备高精度和高 稳定性。
提供风洞所需的气流，具有大推力和高效率 的特点。
02
01
控制系统
调节气流参数，如速度、方向等，保证试验 的准确性和可重复性。
04
03
风洞设备的性能参数
最大气流速度
决定了风洞能模拟的最 高风速，是衡量风洞性 能的重要指标。
环境监测与评估
通过风洞试验技术监测环境质量，评估环境对人类和 生态的影响。
建筑领域应用
建筑风工程
通过风洞试验技术模拟建筑在风力作用下的动态响应和稳定性， 优化建筑设计。
建筑环境模拟
模拟建筑内部的环境条件，评估建筑环境的舒适度和能效。
古建筑保护
通过风洞试验技术评估古建筑在风力作用下的安全性，为古建筑 的保护提供依据。
评估汽车的空气动力学性能、行驶稳定性等参数， 提高汽车的安全性和舒适性。
汽车研发与改进
通过风洞试验技术对汽车进行性能测试和优化， 加速新车型的研发和改进。
环境模拟领域应用
气候模拟
模拟气候变化对环境的影响，研究气候变化的规律和 趋势。
自然灾害模拟
模拟自然灾害如风、雨、雪等对环境的影响，研究灾 害的预防和应对措施。
风洞工作原理
01
02
03
风洞结构
风洞由收缩段、实验段、 风扇和控制系统等组成， 能够产生稳定的气流供试 验使用。
气流控制
通过调节风扇转速和控制 系统，实现对气流速度、 方向和压力等参数的控制。
模型安装与测量
试验模型安装在风洞实验 段，通过测量仪器测量气 流对模型的作用力、压力 和温度等参数。
风洞试验(精)
（1） 普遍采用极限强度设计和高强材料，以至于许多结构处于高应 力状态下工作。 （2）正在扩大钢筋混凝土构件在各种重复荷载作用下的应用范围。 （3）使用荷载下采用允许截面受拉开裂设计。 （4）为使重复荷载作用下构件具有良好的使用性能，改进设计方法， 防止重复荷载导致过大的垂直裂缝和提前出现斜裂缝。
五、疲劳试验的观测
1．疲劳强度
科研性试验是以疲劳极限强度和疲劳极限荷载作为最大的 疲劳承载能力。构件达到疲劳破坏时的荷载上限值和应力 最大值分别为疲劳极限荷载和疲劳极限强度。 为了得到给定疲劳应力比值（值）条件下的疲劳极限强度 和疲劳极限荷载，一般采取的办法是: 根据构件实际承载能力，取定最大应力值 max，作疲劳试验， max 求得破坏时荷载作用次数n，从 与 n双对数直线关系中 求得控制疲劳次数下的疲劳极限强度，作为标准疲劳极限 强度。它的统计值作为设计验算时疲劳强度取值的基本依 据。
0.5 或 1.3
三、试验荷载
3．疲劳试验的控制次数
构件经受下列控制次数的疲劳荷载作用后， 抗裂性、刚度、强度必须满足现行规范中有关 规定。 中级工制吊车梁：n=2×106次 重级工制吊车梁：n=4×106次
四、试验步骤
• 1．疲劳试验前预载 • 目的：消除松动及接触不良，压牢构件并使 仪表运转正常。 • 不大于上限荷载的20%，加1～2次。
接触式测振仪、差动式位移计、电阻应变式位 移传感器或百分表（停机作静载试验时）。
六、试件安装
1．严格对中 2．保持平稳 3．安全防护
§6-5 工程结构的风洞试验
一、风作用力对建筑物的危害 二、风荷载作用下的实测试验 三、风洞试验
一、风作用力对建筑物的危害
五、疲劳试验的观测
1．疲劳强度
科研性试验是以疲劳极限强度和疲劳极限荷载作为最大的 疲劳承载能力。构件达到疲劳破坏时的荷载上限值和应力 最大值分别为疲劳极限荷载和疲劳极限强度。 为了得到给定疲劳应力比值（值）条件下的疲劳极限强度 和疲劳极限荷载，一般采取的办法是: 根据构件实际承载能力，取定最大应力值 max，作疲劳试验， max 求得破坏时荷载作用次数n，从 与 n双对数直线关系中 求得控制疲劳次数下的疲劳极限强度，作为标准疲劳极限 强度。它的统计值作为设计验算时疲劳强度取值的基本依 据。
0.5 或 1.3
三、试验荷载
3．疲劳试验的控制次数
构件经受下列控制次数的疲劳荷载作用后， 抗裂性、刚度、强度必须满足现行规范中有关 规定。 中级工制吊车梁：n=2×106次 重级工制吊车梁：n=4×106次
四、试验步骤
• 1．疲劳试验前预载 • 目的：消除松动及接触不良，压牢构件并使 仪表运转正常。 • 不大于上限荷载的20%，加1～2次。
接触式测振仪、差动式位移计、电阻应变式位 移传感器或百分表（停机作静载试验时）。
六、试件安装
1．严格对中 2．保持平稳 3．安全防护
§6-5 工程结构的风洞试验
一、风作用力对建筑物的危害 二、风荷载作用下的实测试验 三、风洞试验
一、风作用力对建筑物的危害
《风洞测力实验》课件
数据采集系统
01
数据采集系统是用于记录和分析实验数据的设备，包括传感器、放大器、数据 采集卡和计算机等。
02
传感器用于测量风速、压力、温度等参数，放大器用于将传感器信号放大，数 据采集卡用于将模拟信号转换为数字信号，计算机用于数据存储、处理和分析 。
03
数据采集系统的精度和采样频率对实验结果有重要影响，因此应选择高精度、 高采样频率的数据采集系统。
实验周期长
由于数据采集和处理需要大量时间，实验周期相 对较长。
对环境要求高
实验对环境的要求较高，如温度、湿度等，需要 严格控制。
实验的改进方向与展望
提高设备精度
通过引进更先进的设备和技术，提高数据采集和处理的精度。
优化操作流程
进一步简化操作流程，提高实验效率。
实验的改进方向与展望
• 加强环境控制：改进实验室环境控制设备，提高实验环境 的稳定性。
数设定、数据采集和结果分析等步骤。每一步操作都严格按照标准进行
，保证了实验结果的准确性和可靠性。
03
数据处理与分析
通过对实验数据的处理和分析，我们得出了不同翼型在不同风速下的受
力曲线，并对其进行了比较和解释。这些数据和结论对于后续的飞机设
计和空气动力学研究具有重要的参考价值。
实验的优缺点分析
数据准确性
将测试模型安装在风洞中，确保模 型牢固稳定。
数据记录
在实验过程中，实时记录各项测量 数据，如风速、模型受力等。
03
02
风速调整
根据实验需要，调整风洞内的风速 ，以获得稳定的实验条件。
实验结束处理
实验结束后，将模型从风洞中取出 ，整理实验数据和设备。
04
数据处理与分析
大跨径桥梁风洞试验PPT
• 在进行风洞试验前，首先制作刚性模型，要满足 桥梁构件有关参数的相似性；试验中，测出桥梁 的阻力，升力和扭矩系数后，便可确定桥梁的驰 振稳定性，如果升力曲线出现了负斜率值，则桥 梁的驰振稳定性不满足要求。
常见桥梁风洞试验
• ２，弹簧悬挂刚体节段模型试验 • 设计大跨度桥梁最关心的问题之一就是桥梁是否
桥梁风洞试验简介
• 风洞(Wind Tunnel)就是用来研究空气动力学的一种 大型试验设施。风洞其实不是个洞，而是一条大型隧 道或管道，里面有一个巨型扇叶，能产生一股强劲气 流。（5-25音速, 32.6m/s)
• 世界上公认的第一个风洞是英国人于1871年建成的。 飞机制造业上最先应用风洞。从上世纪60年代起，世 界各大汽车公司和有关机构也开始建立自己的风洞试 验室。
• 桥梁风洞试验：在风洞中安置桥梁模型，研究气体流 动及其与模型的相互作用，以了解实际桥梁的空气动 力学特性的一种空气动力实验方法。（简而言之）
各种风洞试验
香港青马大桥全桥气动弹性模型风洞试验
英国千年桥桥址风环境风洞试验
桥梁风洞试验简介
• 前面我们讲的大致回答了什么是桥梁风洞试验和 为什么要做风洞试验两个问题，那么接下来我们 重点来看一下具体的桥梁风洞试验怎么做。一般 来说有三种常见的桥梁风洞试验，分别是：静力 三分力试验、弹簧悬挂刚体节段模型试验、全桥 气动弹性模型试验。另外还有拉条模拟实验、桥 塔模拟试验等。
大跨径桥梁风洞试验
目录
• 1，引言（why） • 2，桥梁风洞试验简介（what） • 3，常见桥梁风洞试验（how） • 4，结语
引言
• 风灾是自然灾害中发生最频繁的一种，也是给人 类生命财产带来巨大危害的自然灾害。1940年美 国的旧塔科马桥（Old Tacoma Bridge) 被8级大风 吹毁。事故发生使人们认识到大跨桥梁只考虑静 风荷载是不够的，而应更多地对风致振动响应机 理做出科学分析。从此，桥梁抗风研究成了桥梁 领域的热点课题，桥梁风工程学应运而生(边缘分 支学科）。桥梁风工程学的研究方法主要有三种, 风洞试验（重点）只是其中之一、另外两种是现 场观察以及数值模拟。
常见桥梁风洞试验
• ２，弹簧悬挂刚体节段模型试验 • 设计大跨度桥梁最关心的问题之一就是桥梁是否
桥梁风洞试验简介
• 风洞(Wind Tunnel)就是用来研究空气动力学的一种 大型试验设施。风洞其实不是个洞，而是一条大型隧 道或管道，里面有一个巨型扇叶，能产生一股强劲气 流。（5-25音速, 32.6m/s)
• 世界上公认的第一个风洞是英国人于1871年建成的。 飞机制造业上最先应用风洞。从上世纪60年代起，世 界各大汽车公司和有关机构也开始建立自己的风洞试 验室。
• 桥梁风洞试验：在风洞中安置桥梁模型，研究气体流 动及其与模型的相互作用，以了解实际桥梁的空气动 力学特性的一种空气动力实验方法。（简而言之）
各种风洞试验
香港青马大桥全桥气动弹性模型风洞试验
英国千年桥桥址风环境风洞试验
桥梁风洞试验简介
• 前面我们讲的大致回答了什么是桥梁风洞试验和 为什么要做风洞试验两个问题，那么接下来我们 重点来看一下具体的桥梁风洞试验怎么做。一般 来说有三种常见的桥梁风洞试验，分别是：静力 三分力试验、弹簧悬挂刚体节段模型试验、全桥 气动弹性模型试验。另外还有拉条模拟实验、桥 塔模拟试验等。
大跨径桥梁风洞试验
目录
• 1，引言（why） • 2，桥梁风洞试验简介（what） • 3，常见桥梁风洞试验（how） • 4，结语
引言
• 风灾是自然灾害中发生最频繁的一种，也是给人 类生命财产带来巨大危害的自然灾害。1940年美 国的旧塔科马桥（Old Tacoma Bridge) 被8级大风 吹毁。事故发生使人们认识到大跨桥梁只考虑静 风荷载是不够的，而应更多地对风致振动响应机 理做出科学分析。从此，桥梁抗风研究成了桥梁 领域的热点课题，桥梁风工程学应运而生(边缘分 支学科）。桥梁风工程学的研究方法主要有三种, 风洞试验（重点）只是其中之一、另外两种是现 场观察以及数值模拟。
风洞试验(精)PPT课件
2021
1
一、概述
1.疲劳的含义
结构物或构件在重复荷载作用下达到破坏时的强度比其静力强度要 低得多的现象。
2.疲劳试验的目的
了解在重复荷载作用下结构的性能及其变化规律。
3.国内外对结构构件的疲劳性能的研究比较重视的原因
（1） 普遍采用极限强度设计和高强材料，以至于许多结构处于高应 力状态下工作。
仪表运转正常。 • 不大于上限荷载的20%，加1～2次。
2021
8
• ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ．正式疲劳试验
• （1）疲劳试验前的静载试验 • 目的：对比构件经受反复荷载后受力性能有何变
化。 • 每级取上限荷载的20%，临近开裂值时应适当加
密，荷载持续作用时间：10～15min。卸载：分 两次或一次。或等变形加载。 • （2）疲劳试验 • 调节疲劳机上下限荷载，示值稳定后读取第一次 动载读数以后每隔一定次数读取数据。 • 根据要求可在疲劳过程中进行静载试验。 • （3）破坏试验 • ①加疲劳荷载至破坏，得出承受荷载的次数。 • ②静载破坏试验。
2021
9
五、疲劳试验的观测
1．疲劳强度
科研性试验是以疲劳极限强度和疲劳极限荷载作为最大的 疲劳承载能力。构件达到疲劳破坏时的荷载上限值和应力 最大值分别为疲劳极限荷载和疲劳极限强度。
为了得到给定疲劳应力比值（值）条件下的疲劳极限强度 和疲劳极限荷载，一般采取的办法是:
根据构件实际承载能力，取定最大应力值 max，作疲劳试验， 求得破坏时荷载作用次数n，从 与 mna双x 对数直线关系中 求得控制疲劳次数下的疲劳极限强度，作为标准疲劳极限 强度。它的统计值作为设计验算时疲劳强度取值的基本依 据。
2021
3
二、试验项目
厦门大学《风工程》课件-0建筑结构风洞试验过程、结果计算与使用方法
地貌类别
A B
地表状况
近海海面、海岛、海岸、湖岸及沙漠地区 田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋 比较稀疏的乡镇和城市郊区
0.12 0.16
ZG(m)
300 350
C D
有密集建筑物群的城市市区 有密集建筑物群且房屋较高的城市市区
0.22 0.30
400 450
二、风洞试验基本过程
1、风场类型的选择与风洞中的模拟
二、风洞试验基本过程
6、试验风向角间隔
实验模型安放在实验转盘上。实验时通过旋转转盘， 模拟不同风向的作用。 实验风向角国外一般为10度间隔（即模拟36个风 向），国内一般为15度间隔（24个风向）。 在最不利风向之间再增加一个角度试验。
二、风洞试验基本过程
7、采样频率和样本长度
测压信号采样频率我们通常为 312.5Hz ，每个测点 采样样本总长度为 6000 个数据，即每个测点采样时间
一、风洞试验必要性
2、风洞试验类型
一个单自由度气弹模型例子
(Isyumov,1982)
一、风洞试验必要性
2、风洞试验类型
多自由度气 弹模型例子
刚性模型测压试验例子-世茂国际广场
刚性模型测压试验例子-上海铁路南站
刚性模型测压试验例子-上海F1赛车场副看台
刚性模型测压试验例子-首都机场T3A、T3B航站楼
一、风洞试验必要性
2、风洞试验类型
B、高频动态天平测力试验
假设结构的一阶振型为理想的线形振型，则结构广义力与基底倾 覆力矩之间存在着简单的线形关系。利用高频动态天平直接测得模型 的倾覆力矩就可获得广义力，得到结构的风荷载，从而可计算出结构 的风致动态响应。 高频动态天平所测的气动力仅与结构的建筑外形有关，而结构的质 量、刚度和阻尼在以后用解析方法求结构响应时考虑。
A B
地表状况
近海海面、海岛、海岸、湖岸及沙漠地区 田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋 比较稀疏的乡镇和城市郊区
0.12 0.16
ZG(m)
300 350
C D
有密集建筑物群的城市市区 有密集建筑物群且房屋较高的城市市区
0.22 0.30
400 450
二、风洞试验基本过程
1、风场类型的选择与风洞中的模拟
二、风洞试验基本过程
6、试验风向角间隔
实验模型安放在实验转盘上。实验时通过旋转转盘， 模拟不同风向的作用。 实验风向角国外一般为10度间隔（即模拟36个风 向），国内一般为15度间隔（24个风向）。 在最不利风向之间再增加一个角度试验。
二、风洞试验基本过程
7、采样频率和样本长度
测压信号采样频率我们通常为 312.5Hz ，每个测点 采样样本总长度为 6000 个数据，即每个测点采样时间
一、风洞试验必要性
2、风洞试验类型
一个单自由度气弹模型例子
(Isyumov,1982)
一、风洞试验必要性
2、风洞试验类型
多自由度气 弹模型例子
刚性模型测压试验例子-世茂国际广场
刚性模型测压试验例子-上海铁路南站
刚性模型测压试验例子-上海F1赛车场副看台
刚性模型测压试验例子-首都机场T3A、T3B航站楼
一、风洞试验必要性
2、风洞试验类型
B、高频动态天平测力试验
假设结构的一阶振型为理想的线形振型，则结构广义力与基底倾 覆力矩之间存在着简单的线形关系。利用高频动态天平直接测得模型 的倾覆力矩就可获得广义力，得到结构的风荷载，从而可计算出结构 的风致动态响应。 高频动态天平所测的气动力仅与结构的建筑外形有关，而结构的质 量、刚度和阻尼在以后用解析方法求结构响应时考虑。
《风洞测力实验》课件
安全第一
在实验过程中要注意安全问题，佩戴必要的防护装备。
仪器校准
在实验前确保仪器的准确性，尽量减小误差。
数据记录
准确记录实验过程中的数据，以便后续分析。
实验结果展示
数据与图表
我们将展示实验结果的数据和图表，以便更清晰地 展示实验现象。
结果分析
通过对实验结果的分析，我们可以得出一些有意义 的结论。
实验总结
《风洞测力实验》PPT课 件
欢迎来到本次关于风洞测力实验的PPT课件。在这个课件中，我们将介绍风洞 测力实验的目的、意义以及实验过程中需要注意的事项。
实验简介
风洞测力实验旨在通过模拟不同风速和风向，测试物体在空气中的力学特性。 我们将详细介绍此实验的物理量和测量方法。
实验装置
装置构成
风洞实验装置由风洞本体、风机、测量传感器和数 据采集系统组成。
装置原理
风洞通过控制风流的速度和方向来模拟真实环境中 的空气流动，以便进行力学实验。
设备展示
以下是实验装置的图片和示意图，帮助您更好地理 解。实源自步骤11. 实验前准备
检查实验装置，调整实验参数，确保一
2. 实验操作
2
切就绪。
开启风洞风机，开始测量。
3
3. 实验后处理
处理测量数据，分析实验结果。
实验注意事项
通过风洞测力实验，我们深入了解了物体在不同风速和风向下的力学特性。 在总结中，我们将总结实验结果、经验，并展望未来可能的研究方向。
参考资料
以下是一些实验相关的资料和文献，供您进一步了解风洞测力实验。
在实验过程中要注意安全问题，佩戴必要的防护装备。
仪器校准
在实验前确保仪器的准确性，尽量减小误差。
数据记录
准确记录实验过程中的数据，以便后续分析。
实验结果展示
数据与图表
我们将展示实验结果的数据和图表，以便更清晰地 展示实验现象。
结果分析
通过对实验结果的分析，我们可以得出一些有意义 的结论。
实验总结
《风洞测力实验》PPT课 件
欢迎来到本次关于风洞测力实验的PPT课件。在这个课件中，我们将介绍风洞 测力实验的目的、意义以及实验过程中需要注意的事项。
实验简介
风洞测力实验旨在通过模拟不同风速和风向，测试物体在空气中的力学特性。 我们将详细介绍此实验的物理量和测量方法。
实验装置
装置构成
风洞实验装置由风洞本体、风机、测量传感器和数 据采集系统组成。
装置原理
风洞通过控制风流的速度和方向来模拟真实环境中 的空气流动，以便进行力学实验。
设备展示
以下是实验装置的图片和示意图，帮助您更好地理 解。实源自步骤11. 实验前准备
检查实验装置，调整实验参数，确保一
2. 实验操作
2
切就绪。
开启风洞风机，开始测量。
3
3. 实验后处理
处理测量数据，分析实验结果。
实验注意事项
通过风洞测力实验，我们深入了解了物体在不同风速和风向下的力学特性。 在总结中，我们将总结实验结果、经验，并展望未来可能的研究方向。
参考资料
以下是一些实验相关的资料和文献，供您进一步了解风洞测力实验。
风洞试验技术介绍及应用课件
建筑领域
建筑风工程研究
风洞试验在建筑领域主要用于研究建筑物的风工程性能， 如风压、风载等。通过风洞试验，可以评估建筑物的抗风 能力，为建筑设计提供依据。
建筑结构优化
风洞试验可以帮助优化建筑物的结构设计，通过改进建筑 物的抗风性能，可以提高建筑物的稳定性和安全性。
城市规划与环境影响评估
风洞试验可以模拟建筑物和城市规划对周围环境的影响， 用于评估城市规划方案的环境影响和安全性。
动态相似
在风洞试验中，需要保证模型上的气流速度与真 实世界中的气流速度成比例关系，以便实现动态 相似。
雷诺数相似
雷诺数是一个描述流体流动状态的参数，风洞试 验中需要保证模型与真实物体在雷诺数上相似。
03 风洞试验技术分 类
低速风洞
主要用于模拟大气边界层内的流动现象。
低速风洞主要用于模拟大气边界层内的流动现象，如飞机、汽车等地面交通工具 的空气动力学性能测试。由于低速气流中不存在音障，因此低速风洞的试验速度 较低，通常在亚音速范围内。
环境工程领域
气象与气候研究
环境工程设计
灾害预警与防控
风洞试验在环境工程领域可用 于研究气象和气候变化对环境 的影响。通过模拟不同气候条 件下的气流运动，可以研究气 候变化对环境的影响和预测未 来气候变化趋势。
风洞试验可以为环境工程设计 提供依据，如风电场选址、环 保设施布局等。通过模拟气流 运动和环境因素，可以评估设 计方案的有效性和可行性。
现代发展
随着科技的不断进步，风洞试验技术也在不断改 进和完善，应用领域也更加广泛。
风洞试验技术的应用领域
航空航天
风洞试验技术在航空航天领域 的应用最为广泛，主要用于飞 行器的空气动力学性能测试。
汽车工业
风洞试验
✓刚性高频力平衡模型
该模型是将一个轻质材料的模型 固定在高频反应的力平衡系统上，也 可得到风产生的动力效应，但是它需 要有可能模拟结构刚度的基座杆及高 频力平衡系统。
李正良团队风洞试验
菜园坝大桥（已完成） 朝天门大桥
模型种类
✓刚性压力模型 ✓气动弹性模型 ✓刚性高频力平衡模型
✓ 刚性压力模型
此模型最常用，建筑模型的比例大约1：300～1： 500，一般采用有机玻璃材料，建筑模型本身、周 围建筑物模型、以及地形都应与实物相似，与风洞 流动有明显关系的特征如建筑外形、突出部分都应 在模型中正确模拟。模型上布置大量直径为1.5mm 的测压孔，有时多达500～700个，在孔内安装压 力传感器，试验时可量测各部分表面上的局部压力 或吸引，传感器输出电信号，通过采集数据仪器自 动扫描记录并转换为数字信号，有计算机处理数据， 从而得到结构的平均压力和波动压力的量测值。风 洞试验一次需持续60s左右，相应时间为1h。
§2－7 风洞试验（wind tunnel test）
➢简介[4] ➢模型种类 [4] ➢李正团队所进行的风洞试验[10]
简介
风是紊乱的随机现象，风对建筑物的作用 十分复杂，规范中关于风荷载值的确定适用于 大多数体型较规则、高度不太大的单幢高层建 筑。目前还没有有效的预测体型复杂、高柔建 筑物风作用的计算方法，而风洞试验是一种测 量大气边界层内风对建筑物作用大小的有效手 段；摩天大楼可能造成很强的地面风，对行人 和商店有很大的影响；当附近还有别的高层建 筑时，群体效应对建筑物和建筑物之间的通道 也会造成危害（如图），这些都可以通过风洞 试验得到对设计有用的数据。
简介
我国现行《混凝土高规》规定有下列 情况之一的建筑物，宜按风洞试验确定风 荷载：
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
仪表运转正常。 • 不大于上限荷载的20%，加1～2次。
.
8
• 2．正式疲劳试验
• （1）疲劳试验前的静载试验 • 目的：对比构件经受反复荷载后受力性能有何变
化。 • 每级取上限荷载的20%，临近开裂值时应适当加
密，荷载持续作用时间：10～15min。卸载：分 两次或一次。或等变形加载。 • （2）疲劳试验 • 调节疲劳机上下限荷载，示值稳定后读取第一次 动载读数以后每隔一定次数读取数据。 • 根据要求可在疲劳过程中进行静载试验。 • （3）破坏试验 • ①加疲劳荷载至破坏，得出承受荷载的次数。 • ②静载破坏试验。
目前，国内对疲劳试验采取对构件施加 等幅匀速脉动荷载，借以模拟结构构件 在使用阶段不断反复加载和卸载的受力 状态。
.
3
二、试验项目
1．对于鉴定性疲劳试验，在控制疲劳次 数内应取得下述有关数据，同时应满足 现行设计规范的要求。
（1）抗裂性及开裂荷载；
（2）裂缝宽度及其发展；
（3）最大挠度及其变化幅度；
.
16
温度计 湿度计 气压计 差压计
终端
多通道图像 跟踪装置
低速数据 采集装置
CPU
低速数据 采集装置
图像 显示系统
系统控制台
数据 处理系统
光电式 位移计
单点式风速计 多点式风速计
风压 传感器
.
振动 量测装置
应力 传感器
17
.
11
六、试件安装
1．严格对中 2．保持平稳 3．安全防护
.
12
§6-5 工程结构的风洞试验
一、风作用力对建筑物的危害 二、风荷载作用下的实测试验 三、风洞试验
.
13
一、风作用力对建筑物的危害
风是由强大的热气流形成的空气动力现 象。其特征主要表现在风速和风向。
风速和风向随时都在变化，风速有平均 风速和瞬时风速之分，瞬时风速最大可 达60m/s以上，对建筑物将产生很大的破 坏力，风向多数是水平向的，但极不规 则。
0.5 或 1 .3
.
6
三、试验荷载
3．疲劳试验的控制次数
构件经受下列控制次数的疲劳荷载作用后， 抗裂性、刚度、强度必须满足现行规范中有关 规定。 中级工制吊车梁：n=2×106次 重级工制吊车梁：n=4×106次
.
7
四、试验步骤
• 1．疲劳试验前预载 • 目的：消除松动及接触不良，压牢构件并使
.
10
2．应变测量
一般采用电阻应变片测量动应变，测点布置依 试验具体要求而定。
测试方法： 动态应变仪和记录器或静态应变仪等
3．裂缝
裂缝的开始出现和微裂缝的宽度对构件安全使 用具有重要意义。因此，裂缝测量也很重要。 目前测裂缝的方法是利用光学仪器目测或利用 应变传感器电测。
4．挠度
接触式测振仪、差动式位移计、电阻应变式位 移传感器或百分表（停机作静载试验时）。
2．速度
疲劳试验荷载在单位时间内重复作用次数（荷载频率）会影响材 料的塑性变形和徐变。另外频率过高对疲劳试验附属设施带来的 问题也较多。目前，国内外尚无统一的频率规定，主要依据疲劳 试验机的性能而定。
疲劳频率不应使构件及荷载架发生共振，同时，应使构件在试验 时与实际工作时的受力状态一致，为此荷载频率θ与构件固有频率 ω之比应满足：
.
15
三、风洞试验
风洞试验：采用缩小模型或相似模型在专门的 试验装置内模拟风力试验。
1．试验装置
风洞是产生不同速度和不同方向气流的专用试验装 置。
2．量测系统方框图（见下图） 3．测试项目
（1）不同形式的风和不同风速作用下结构的应力、 位移、变形等； （2）不同形式的风和不同风速作用下结构的振动 动力特性。
.
14
二、风荷载作用下的实测试验
实测试验就是建筑物在自然风作用下的状态，包括位 移、风压分布和建筑物的振动参数的测定。
风荷载可以看作是静荷载和动荷载的叠加。 对于一般刚性结构可看作是静荷载，对于高耸结构如
烟囱、水塔、电视塔、斜拉桥和悬索桥的索塔以及30 层以上超高层建筑物等视为动荷载。 通常选有强风发生的地区和有代表性的建筑物，同时 测出结构的顶部的瞬时风速、风向、建筑物表面的风 压以及建筑物在风力作用下的位移、应力和振动特性 等物理量，然后对大量的实测数据进行综合分析，得 出不同等级的风力对建筑物作用的影响程度，为结构 的抗风设计提供依据。
（4）疲劳强度。
.
4
2．正截面的疲劳性能
（1）各阶段截面应力分布状况，中和轴 变化规律；
（2）抗裂性及开裂荷载； （3）裂缝宽度、长度、间距及其发展； （4）最大挠度及其变化幅度； （5）疲劳强度的确定； （6）破坏特征分析。
.
5
三、试验荷载
1．取值
上限荷载Qmax是根据构件在最大标准荷载最不利组合下产生的弯 矩计算而得，荷载下限根据疲劳试验设备的要求而定。
（1） 普遍采用极限强度设计和高强材料，以至于许多结构处于高应 力状态下工作。
（2）正在扩大钢筋混凝土构件在各种重复荷载作用下的应用范围。 （3）使用荷载下采用允许截面受拉开裂设计。 （4）为使重复荷载作用下构件具有良好的使用性能，改进设计方法，
防止重复荷载导致过大的垂直裂缝和提前出现斜裂缝。
.
2
疲劳试验一般均在专门的疲劳试验机上 进行。
.
9
五、疲劳试验的观测
1．疲劳强度
科研性试验是以疲劳极限强度和疲劳极限荷载作为最大的 疲劳承载能力。构件达到疲劳破坏时的荷载上限值和应力 最大值分别为疲劳极限荷载和疲劳极限强度。
为了得到给定疲劳应力比值（值）条件下的疲劳极限强度 和疲劳极限荷载，一般采取的办法是:
根据构件实际承载能力，取定最大应力值 max，作疲劳试验， 求求得得破控坏制时疲荷劳载次作数用下次的数疲劳n，极从限强度与，mn作a双x 为对标数准直疲线劳关极系限中 强度。它的统计值作为设计验算时疲劳强度取值的基本依 据。
§6-4 疲劳试验
一、概述 二、试验项目 三、试验荷载 四、试验步骤 五、疲劳试验的观测 六、试件安装
.
1
Байду номын сангаас
一、概述
1.疲劳的含义
结构物或构件在重复荷载作用下达到破坏时的强度比其静力强度要 低得多的现象。
2.疲劳试验的目的
了解在重复荷载作用下结构的性能及其变化规律。
3.国内外对结构构件的疲劳性能的研究比较重视的原因
.
8
• 2．正式疲劳试验
• （1）疲劳试验前的静载试验 • 目的：对比构件经受反复荷载后受力性能有何变
化。 • 每级取上限荷载的20%，临近开裂值时应适当加
密，荷载持续作用时间：10～15min。卸载：分 两次或一次。或等变形加载。 • （2）疲劳试验 • 调节疲劳机上下限荷载，示值稳定后读取第一次 动载读数以后每隔一定次数读取数据。 • 根据要求可在疲劳过程中进行静载试验。 • （3）破坏试验 • ①加疲劳荷载至破坏，得出承受荷载的次数。 • ②静载破坏试验。
目前，国内对疲劳试验采取对构件施加 等幅匀速脉动荷载，借以模拟结构构件 在使用阶段不断反复加载和卸载的受力 状态。
.
3
二、试验项目
1．对于鉴定性疲劳试验，在控制疲劳次 数内应取得下述有关数据，同时应满足 现行设计规范的要求。
（1）抗裂性及开裂荷载；
（2）裂缝宽度及其发展；
（3）最大挠度及其变化幅度；
.
16
温度计 湿度计 气压计 差压计
终端
多通道图像 跟踪装置
低速数据 采集装置
CPU
低速数据 采集装置
图像 显示系统
系统控制台
数据 处理系统
光电式 位移计
单点式风速计 多点式风速计
风压 传感器
.
振动 量测装置
应力 传感器
17
.
11
六、试件安装
1．严格对中 2．保持平稳 3．安全防护
.
12
§6-5 工程结构的风洞试验
一、风作用力对建筑物的危害 二、风荷载作用下的实测试验 三、风洞试验
.
13
一、风作用力对建筑物的危害
风是由强大的热气流形成的空气动力现 象。其特征主要表现在风速和风向。
风速和风向随时都在变化，风速有平均 风速和瞬时风速之分，瞬时风速最大可 达60m/s以上，对建筑物将产生很大的破 坏力，风向多数是水平向的，但极不规 则。
0.5 或 1 .3
.
6
三、试验荷载
3．疲劳试验的控制次数
构件经受下列控制次数的疲劳荷载作用后， 抗裂性、刚度、强度必须满足现行规范中有关 规定。 中级工制吊车梁：n=2×106次 重级工制吊车梁：n=4×106次
.
7
四、试验步骤
• 1．疲劳试验前预载 • 目的：消除松动及接触不良，压牢构件并使
.
10
2．应变测量
一般采用电阻应变片测量动应变，测点布置依 试验具体要求而定。
测试方法： 动态应变仪和记录器或静态应变仪等
3．裂缝
裂缝的开始出现和微裂缝的宽度对构件安全使 用具有重要意义。因此，裂缝测量也很重要。 目前测裂缝的方法是利用光学仪器目测或利用 应变传感器电测。
4．挠度
接触式测振仪、差动式位移计、电阻应变式位 移传感器或百分表（停机作静载试验时）。
2．速度
疲劳试验荷载在单位时间内重复作用次数（荷载频率）会影响材 料的塑性变形和徐变。另外频率过高对疲劳试验附属设施带来的 问题也较多。目前，国内外尚无统一的频率规定，主要依据疲劳 试验机的性能而定。
疲劳频率不应使构件及荷载架发生共振，同时，应使构件在试验 时与实际工作时的受力状态一致，为此荷载频率θ与构件固有频率 ω之比应满足：
.
15
三、风洞试验
风洞试验：采用缩小模型或相似模型在专门的 试验装置内模拟风力试验。
1．试验装置
风洞是产生不同速度和不同方向气流的专用试验装 置。
2．量测系统方框图（见下图） 3．测试项目
（1）不同形式的风和不同风速作用下结构的应力、 位移、变形等； （2）不同形式的风和不同风速作用下结构的振动 动力特性。
.
14
二、风荷载作用下的实测试验
实测试验就是建筑物在自然风作用下的状态，包括位 移、风压分布和建筑物的振动参数的测定。
风荷载可以看作是静荷载和动荷载的叠加。 对于一般刚性结构可看作是静荷载，对于高耸结构如
烟囱、水塔、电视塔、斜拉桥和悬索桥的索塔以及30 层以上超高层建筑物等视为动荷载。 通常选有强风发生的地区和有代表性的建筑物，同时 测出结构的顶部的瞬时风速、风向、建筑物表面的风 压以及建筑物在风力作用下的位移、应力和振动特性 等物理量，然后对大量的实测数据进行综合分析，得 出不同等级的风力对建筑物作用的影响程度，为结构 的抗风设计提供依据。
（4）疲劳强度。
.
4
2．正截面的疲劳性能
（1）各阶段截面应力分布状况，中和轴 变化规律；
（2）抗裂性及开裂荷载； （3）裂缝宽度、长度、间距及其发展； （4）最大挠度及其变化幅度； （5）疲劳强度的确定； （6）破坏特征分析。
.
5
三、试验荷载
1．取值
上限荷载Qmax是根据构件在最大标准荷载最不利组合下产生的弯 矩计算而得，荷载下限根据疲劳试验设备的要求而定。
（1） 普遍采用极限强度设计和高强材料，以至于许多结构处于高应 力状态下工作。
（2）正在扩大钢筋混凝土构件在各种重复荷载作用下的应用范围。 （3）使用荷载下采用允许截面受拉开裂设计。 （4）为使重复荷载作用下构件具有良好的使用性能，改进设计方法，
防止重复荷载导致过大的垂直裂缝和提前出现斜裂缝。
.
2
疲劳试验一般均在专门的疲劳试验机上 进行。
.
9
五、疲劳试验的观测
1．疲劳强度
科研性试验是以疲劳极限强度和疲劳极限荷载作为最大的 疲劳承载能力。构件达到疲劳破坏时的荷载上限值和应力 最大值分别为疲劳极限荷载和疲劳极限强度。
为了得到给定疲劳应力比值（值）条件下的疲劳极限强度 和疲劳极限荷载，一般采取的办法是:
根据构件实际承载能力，取定最大应力值 max，作疲劳试验， 求求得得破控坏制时疲荷劳载次作数用下次的数疲劳n，极从限强度与，mn作a双x 为对标数准直疲线劳关极系限中 强度。它的统计值作为设计验算时疲劳强度取值的基本依 据。
§6-4 疲劳试验
一、概述 二、试验项目 三、试验荷载 四、试验步骤 五、疲劳试验的观测 六、试件安装
.
1
Байду номын сангаас
一、概述
1.疲劳的含义
结构物或构件在重复荷载作用下达到破坏时的强度比其静力强度要 低得多的现象。
2.疲劳试验的目的
了解在重复荷载作用下结构的性能及其变化规律。
3.国内外对结构构件的疲劳性能的研究比较重视的原因