土木結(jié)構(gòu)抗風研究進展與研究方向

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1.土木結(jié)構(gòu)抗風研究進展
　　現(xiàn)場實測是結(jié)構(gòu)抗風研究中非常重要的基礎性方向?；诂F(xiàn)場實測，初步掌握平均風速分布及脈動風特性(紊流度、脈動風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，人們還注意實測復雜地形對風速的影響，相關成果反映在一些國家規(guī)范中。在測量風特性的同時，研究人員大跨橋梁及高層建筑上進行了長期的風致響應實測。美國Texas Tech Univ.風工程研究中心專門建造了供長期實測的低矮房屋實尺度模型。
　　風洞試驗目前是結(jié)構(gòu)抗風研究最主要的方法。Cermak和Cook提出大氣邊界層模擬的基本方法一直沿用至今。為了提高模擬風場的紊流度和紊流尺度,研究人員提出了主動紊流模擬方法。同步多點壓力掃描系統(tǒng)可獲得結(jié)構(gòu)表面定常和非定常風壓的時空分布特征。POD方法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡等方法在結(jié)構(gòu)風荷載描述和預測方面得到研究和應用。近來,高頻底座動態(tài)測力天平已成為高層高聳結(jié)構(gòu)風振研究的主流方法。
　　高層建筑和高聳結(jié)構(gòu)的順風向荷載和響應機理已基本清楚，建立了順風向抗風理論體系。通過風洞試驗，對高層建筑的橫風向荷載機制有了較為清楚的理解，對扭轉(zhuǎn)荷載也有了一定的認識。等效靜力風荷載理論研究近期有了新的進展。群體高層建筑的風荷載和響應的干擾效應也是目前的一個主要方向，過去主要研究兩個建筑物之間的干擾機理和規(guī)律，近兩年來對三個高層建筑之間的干擾效應進行了系統(tǒng)研究。
　　1971年，在Scanlan方法基本框架的基礎上，人們在橋梁風振響應分析的精細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)計算方法;氣動導數(shù)和氣動導納的識別方法，非線性和紊流效應，雷諾數(shù)效應及斜風效應等。斜拉橋拉索風雨激振的機理研究也取得新的進展。
　　由于形狀復雜，大跨空間結(jié)構(gòu)風荷載的時空分布比其他大型結(jié)構(gòu)復雜很多。Holmes于2004年指出，準定常假設一般不適用于大跨空間結(jié)構(gòu)的動力風荷載?？臻g結(jié)構(gòu)抗風研究的另一重要問題是等效靜力風荷載的等效原則和求解方法。LRC法已被應用于求解結(jié)構(gòu)的背景等效靜力風荷載分量，而振動慣性力則被建議用來計算共振等效靜力風荷載分量。利用模型現(xiàn)場測量和風洞試驗，已初步認識到低矮建筑的風荷載作用機理和破壞機理。
　  土木結(jié)構(gòu)風荷載和效應的數(shù)值模擬及土木工程數(shù)值風洞技術是結(jié)構(gòu)風工程研究中具有戰(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算風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)值計算方法在橋梁氣動彈性計算中已取得很大成功。流固耦合數(shù)值模擬是數(shù)值計算科學中最具挑戰(zhàn)性的問題之一。近來的研究表明，分區(qū)強耦合或弱耦合法較為成熟，計算量相對較小，結(jié)果精度較高，適用于風工程數(shù)值模擬。
　  結(jié)構(gòu)的強風荷載或響應如超出允許值,則必須加以控制。人們通過風洞試驗，總結(jié)了控制橋梁和建筑風荷載及風振的被動氣動措施。主動氣動控制措施研究尚處在研究階段，通過風洞試驗和理論分析來研究可主動調(diào)節(jié)的氣動措施以提高橋梁的氣動穩(wěn)定性。在進行阻尼器控制結(jié)構(gòu)風致振動研究時，針對結(jié)構(gòu)風振時結(jié)構(gòu)的表觀阻尼和頻率發(fā)生變化這一特點，提出了MTMD方法、半主動控制系統(tǒng)和主動控制系統(tǒng)方法。
2.土木結(jié)構(gòu)抗風研究方向
　　(1)風特性和結(jié)構(gòu)響應的理論和方法研究。加強現(xiàn)場實測,獲得更為全面、準確的風特性資料，深人研究土木結(jié)構(gòu)模型風洞試驗理論和方法，研究土木結(jié)構(gòu)風荷載和響應機理;研究結(jié)構(gòu)抗風設計的更為科學合理的方法及風荷載和風振控制方法。
　　(2)風特性、土木結(jié)構(gòu)風荷載和效應的數(shù)值模擬及數(shù)值風洞。研究結(jié)構(gòu)風荷載數(shù)值模擬方法，研究結(jié)構(gòu)氣動彈性響應的數(shù)值模擬方法，并將這些有效方法應用于結(jié)構(gòu)風效應機理的研究，研究臺風分布和城市風特性的數(shù)值模擬方法，研究風環(huán)境(包括城市小區(qū)風環(huán)境、行人高度風環(huán)境及建筑物內(nèi)部風環(huán)境等)的數(shù)值模擬方法。
　　(3)風災評估方法及評估系統(tǒng)。研究城市風災危險性區(qū)劃方法和風災防御標準。結(jié)合城市人口、經(jīng)濟和基礎設施等地理信息系統(tǒng)(GIS)和數(shù)據(jù)庫，研究城市風災危險性區(qū)劃方法，研究城市風災害損失的評估方法，研究建立風災數(shù)據(jù)庫的方法，研究城市風災的防御標準。
　　(4)風災風險分析理論和方法研究。研究風災風險源的識別方法和靈敏度分析方法，研究風災風險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)風險管理決策系統(tǒng)，研究風災風險的實際應用。