土木結(jié)構(gòu)抗風(fēng)研究進(jìn)展與研究方向

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1.土木結(jié)構(gòu)抗風(fēng)研究進(jìn)展
　　現(xiàn)場實(shí)測是結(jié)構(gòu)抗風(fēng)研究中非常重要的基礎(chǔ)性方向?；诂F(xiàn)場實(shí)測，初步掌握平均風(fēng)速分布及脈動(dòng)風(fēng)特性(紊流度、脈動(dòng)風(fēng)速自功率譜和互功率譜、紊流尺度等)，給出了這些特征量的推薦值和推薦公式。此外，人們還注意實(shí)測復(fù)雜地形對風(fēng)速的影響，相關(guān)成果反映在一些國家規(guī)范中。在測量風(fēng)特性的同時(shí)，研究人員大跨橋梁及高層建筑上進(jìn)行了長期的風(fēng)致響應(yīng)實(shí)測。美國Texas Tech Univ.風(fēng)工程研究中心專門建造了供長期實(shí)測的低矮房屋實(shí)尺度模型。
　　風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)壳笆墙Y(jié)構(gòu)抗風(fēng)研究最主要的方法。Cermak和Cook提出大氣邊界層模擬的基本方法一直沿用至今。為了提高模擬風(fēng)場的紊流度和紊流尺度,研究人員提出了主動(dòng)紊流模擬方法。同步多點(diǎn)壓力掃描系統(tǒng)可獲得結(jié)構(gòu)表面定常和非定常風(fēng)壓的時(shí)空分布特征。POD方法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法在結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載描述和預(yù)測方面得到研究和應(yīng)用。近來,高頻底座動(dòng)態(tài)測力天平已成為高層高聳結(jié)構(gòu)風(fēng)振研究的主流方法。
　　高層建筑和高聳結(jié)構(gòu)的順風(fēng)向荷載和響應(yīng)機(jī)理已基本清楚，建立了順風(fēng)向抗風(fēng)理論體系。通過風(fēng)洞試驗(yàn)，對高層建筑的橫風(fēng)向荷載機(jī)制有了較為清楚的理解，對扭轉(zhuǎn)荷載也有了一定的認(rèn)識(shí)。等效靜力風(fēng)荷載理論研究近期有了新的進(jìn)展。群體高層建筑的風(fēng)荷載和響應(yīng)的干擾效應(yīng)也是目前的一個(gè)主要方向，過去主要研究兩個(gè)建筑物之間的干擾機(jī)理和規(guī)律，近兩年來對三個(gè)高層建筑之間的干擾效應(yīng)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。
　　1971年，在Scanlan方法基本框架的基礎(chǔ)上，人們在橋梁風(fēng)振響應(yīng)分析的精細(xì)化方法方面做了大量研究,包括顫振和抖振的多模態(tài)、全模態(tài)計(jì)算方法;氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)和氣動(dòng)導(dǎo)納的識(shí)別方法，非線性和紊流效應(yīng)，雷諾數(shù)效應(yīng)及斜風(fēng)效應(yīng)等。斜拉橋拉索風(fēng)雨激振的機(jī)理研究也取得新的進(jìn)展。
　　由于形狀復(fù)雜，大跨空間結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載的時(shí)空分布比其他大型結(jié)構(gòu)復(fù)雜很多。Holmes于2004年指出，準(zhǔn)定常假設(shè)一般不適用于大跨空間結(jié)構(gòu)的動(dòng)力風(fēng)荷載?？臻g結(jié)構(gòu)抗風(fēng)研究的另一重要問題是等效靜力風(fēng)荷載的等效原則和求解方法。LRC法已被應(yīng)用于求解結(jié)構(gòu)的背景等效靜力風(fēng)荷載分量，而振動(dòng)慣性力則被建議用來計(jì)算共振等效靜力風(fēng)荷載分量。利用模型現(xiàn)場測量和風(fēng)洞試驗(yàn)，已初步認(rèn)識(shí)到低矮建筑的風(fēng)荷載作用機(jī)理和破壞機(jī)理。
　  土木結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載和效應(yīng)的數(shù)值模擬及土木工程數(shù)值風(fēng)洞技術(shù)是結(jié)構(gòu)風(fēng)工程研究中具有戰(zhàn)略意義的發(fā)展方向。在諸多湍流模型中，大渦模擬是近年來計(jì)算風(fēng)工程中最活躍的模型之一。Spalart1997于RA年提出分離渦模型，是LESNS模型和MTM模擬的合理綜合，計(jì)算量較小，而精度較高。特別需要提到,近年中離散渦數(shù)值計(jì)算方法在橋梁氣動(dòng)彈性計(jì)算中已取得很大成功。流固耦合數(shù)值模擬是數(shù)值計(jì)算科學(xué)中最具挑戰(zhàn)性的問題之一。近來的研究表明，分區(qū)強(qiáng)耦合或弱耦合法較為成熟，計(jì)算量相對較小，結(jié)果精度較高，適用于風(fēng)工程數(shù)值模擬。
　  結(jié)構(gòu)的強(qiáng)風(fēng)荷載或響應(yīng)如超出允許值,則必須加以控制。人們通過風(fēng)洞試驗(yàn)，總結(jié)了控制橋梁和建筑風(fēng)荷載及風(fēng)振的被動(dòng)氣動(dòng)措施。主動(dòng)氣動(dòng)控制措施研究尚處在研究階段，通過風(fēng)洞試驗(yàn)和理論分析來研究可主動(dòng)調(diào)節(jié)的氣動(dòng)措施以提高橋梁的氣動(dòng)穩(wěn)定性。在進(jìn)行阻尼器控制結(jié)構(gòu)風(fēng)致振動(dòng)研究時(shí)，針對結(jié)構(gòu)風(fēng)振時(shí)結(jié)構(gòu)的表觀阻尼和頻率發(fā)生變化這一特點(diǎn)，提出了MTMD方法、半主動(dòng)控制系統(tǒng)和主動(dòng)控制系統(tǒng)方法。
2.土木結(jié)構(gòu)抗風(fēng)研究方向
　　(1)風(fēng)特性和結(jié)構(gòu)響應(yīng)的理論和方法研究。加強(qiáng)現(xiàn)場實(shí)測,獲得更為全面、準(zhǔn)確的風(fēng)特性資料，深人研究土木結(jié)構(gòu)模型風(fēng)洞試驗(yàn)理論和方法，研究土木結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載和響應(yīng)機(jī)理;研究結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)的更為科學(xué)合理的方法及風(fēng)荷載和風(fēng)振控制方法。
　　(2)風(fēng)特性、土木結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載和效應(yīng)的數(shù)值模擬及數(shù)值風(fēng)洞。研究結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載數(shù)值模擬方法，研究結(jié)構(gòu)氣動(dòng)彈性響應(yīng)的數(shù)值模擬方法，并將這些有效方法應(yīng)用于結(jié)構(gòu)風(fēng)效應(yīng)機(jī)理的研究，研究臺(tái)風(fēng)分布和城市風(fēng)特性的數(shù)值模擬方法，研究風(fēng)環(huán)境(包括城市小區(qū)風(fēng)環(huán)境、行人高度風(fēng)環(huán)境及建筑物內(nèi)部風(fēng)環(huán)境等)的數(shù)值模擬方法。
　　(3)風(fēng)災(zāi)評估方法及評估系統(tǒng)。研究城市風(fēng)災(zāi)危險(xiǎn)性區(qū)劃方法和風(fēng)災(zāi)防御標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合城市人口、經(jīng)濟(jì)和基礎(chǔ)設(shè)施等地理信息系統(tǒng)(GIS)和數(shù)據(jù)庫，研究城市風(fēng)災(zāi)危險(xiǎn)性區(qū)劃方法，研究城市風(fēng)災(zāi)害損失的評估方法，研究建立風(fēng)災(zāi)數(shù)據(jù)庫的方法，研究城市風(fēng)災(zāi)的防御標(biāo)準(zhǔn)。
　　(4)風(fēng)災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)分析理論和方法研究。研究風(fēng)災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)源的識(shí)別方法和靈敏度分析方法，研究風(fēng)災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)分析和評估的概率方法和模糊方法及其他新方法，研究結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)管理決策系統(tǒng)，研究風(fēng)災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的實(shí)際應(yīng)用。