矩形高层建筑脉动风荷载空间相关性及结构风振响应研究

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1、国内图书分类号：TU973.213国际图书分类号：624西南交通大学博士研究生学位论文矩形高层建筑脉动风荷载空间相关性及结构风振响应研究国家自然科学基金资助项目（编号：51278433）年级：2013级姓名：曾加东申请学位级别：博士专业：结构工程指导教师：李明水教授二○一七年八月ClassifiedIndex:TU973.213U.D.C.:624SouthwestJiaotongUniversityDoctorDegreeDissertationSPATIALCORRELATIONOFFLUCTUATINGWINDLOADSANDWI

2、ND-INDUCEDRESPONSEONRECTANGUALRHIGH-RISEBUILDINGSGrade:2013Candidate:ZengJiadongAcademicDegreeAppliedfor:Ph.DSpeciality:StructurealEngineeringSupervisor:Prof.LiMingshuiAugust,2017西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人

3、授权西南交通大学可以将本学术论文编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于１．保密，在年解密后适用本授权书；２．不保密，适用本授权书。０学位论文作者签名：指导教师签名：■曰期叫＇＂必曰期西南交通大学学位论文论文创新性声明，本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下独立进行研宄工作所取得的成果，。除文中己经注明引用的内容外本论文不包含任何其他个人或集体己经发表和撰写过的研宄成果。对本文的研究作出贡献的个人和集体，均己在文中做了明确说

4、明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本学位论文的主要创新点如下：１）基于各向同性湍流理论和竖向均匀剪切张量模型的推导，采用理论分析和风洞试验相结合的方法对边界层湍流三维空间特性进行了分析，验证了水平各向同性假设在剪切流中的适用性，提出了快速确定边界层湍流任意空间位置间相关性的简便方法。（第二章）２）在边界层流场中，对不同高度二维矩形断面的流动分离特性和气动力机理进行了分析，定量给出了不同长宽比矩形断面回流区长度及其沿建筑高度的变化情况。此筑外，对再附区内脉动风压概率密度分布进行了分析，给出了考

5、虑再附区影响的矩形建侧边极值风荷载细化分区方式。（第三章）３）根据矩形高层建筑模型测压试验，对脉动风荷载频谱特性和空间相关性进行了研究。分析了边界层湍流中，三维矩形钝体结构流动分离特性和脉动风荷载三维空间结构。综合考虑湍流特性、矩形建筑特征尺寸、离地高度和端部效应等因素的影响，提一出了物理意义更加明确的三维脉动风荷载归化相干函数经验模型。（第三章和第四章）’、方学位论文作者签名：ｆ曰期：西南交通大学博士研究生学位论文第I页摘要以典型矩形钝体断面为研究对象，本文通过不同长宽比矩形建筑模型同步测压试验，对边

6、界层湍流中的矩形断面绕流特性、气动力形成机理及其空间分布进行了研究。通过引入额外的气动参数和竖向间距无量纲修正，提出了边界层湍流风场三维空间结构分析方法和归一化的三维脉动风荷载（顺风向、横风向和扭转风荷载）相干函数经验模型，并推导出适于工程实用的三维风振响应简化计算方法，为高层建筑风荷载取值和风振响应评估的精细化分析提供了参考。本文的主要研究内容为：1.介绍了均匀各向同性湍流理论和竖向均匀剪切速度张量模型，分别从理论推导和试验验证的角度对边界层湍流三维空间结构和相关性进行了分析。对横向和竖向脉动风速相干函数模型进行了修正，提出了预测三维

7、剪切流中任意空间两点相关性的简便方法；2.对边界层湍流和三维竖向流动作用下的二维钝体断面绕流特性及非定常气动力特性进行了研究，讨论了大尺度湍流、断面长宽比、离地高度和端部效应对流动分离特性、分离流再附、尾流状态及表面风压分布的影响。定量给出了不同风场中回流区长度及其沿建筑高度的变化规律，在此基础上，对矩形断面侧边脉动风压概率密度特性进行分析，提出了考虑再附区影响的矩形建筑侧边极值风荷载分区方式；3.通过矩形建筑刚性模型测压试验，对边界层湍流中脉动风荷载三维空间特性进行了分析，在频域内讨论了大尺度湍流、结构特征尺寸、离地高度和端部效应对脉

8、动风荷载点谱和能量转换形式的影响，定量给出了不同长宽比矩形断面各边对扭矩脉动荷载的贡献比例。在综合考虑湍流特性、结构特征尺寸和间距无量纲修正的基础上，提出了物理意义更加明确的高层建筑脉动风荷载归一化相干函数