稳定吸力控制高层建筑的横风荷载外文翻译资料

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稳定吸力控制高层建筑的横风荷载

概要

为了减少对高层建筑的横风效应，本文介绍了一种新的主​​动空气动力学控制，称为稳定吸力。为了测试其效果，首先讨论稳定吸力的控制机制，然后在风洞中进行同步压力测试以测量高层模型（英联邦咨询航空研究委员会标准的高层模型）上的横风载荷。使用一系列分析方法来比较由不同参数引起的对横风气动力的不同影响。结果表明，当风向在模型的宽侧直线时，布置在靠近前缘的窄侧上的稳定吸力可以有效地减小波动的基本力矩。当风在窄侧上直吹时，稳定的吸力设置在宽边的中间有效地减小了波动的基本力矩。 版权所有copy;2016 John Wiley＆Sons，Ltd.

2015年11月19日收录；2016年2月3日修改；2016年2月20日通过

关键词：稳定吸力；横向风载；主​​动空气动力学控制；高层建筑；风洞测试；波动的基本力矩

1简介

高层建筑在土木建筑中越来越受欢迎。随着建筑高度的增加，建筑物的结构刚度和阻尼比降低，这导致建筑物对风荷载高度感。因此，风荷载正成为高层建筑设计的关键控制因素。高层建筑的风致效应主要包括沿风，横风和扭转风的影响。以往的风洞试验和分析表明，超高层建筑物的横风动力响应通常大于沿风响应，这意味着对高层建筑物有很大的负面影响（Gu等人，1999; Gu和Quan，2004; Quan和Gu，2012）。此外，横风效应的形成机制非常复杂。Gerrard（ 1966）建议，对于2-D方体，流动分离点通常在上风尖锐边缘位置。当湍流风围绕非流线体流动时，形成湍流剪切层。在层内，由于强的不利的压力梯度和粘度，出现浓缩的涡流。通过剪切层连续提供集中涡流的涡度;后来，集中的涡流将被破坏。然后，破裂的涡流受到进入流的影响，使得它们从前缘脱落。由于上述现象间歇性出现，非线性体的两个侧表面上的压力在时域和空间域中不均匀地分布，从而形成不稳定的升力（Nakamura 等，1991）。Stokes和Welsh（1986）总结，对于短板（弦长比c/tlt;3.2），主体的两个前缘剪切层在尾迹中直接相互作用以形成规则的涡流。规则的涡流脱落可能导致规律的提升力，这是导致横跨风向的结构振动的直接因素。对于壁挂式有限长度的矩形柱体，由于自由端和接地壁的作用，脱落的涡流具有3-D结构。因此，涡旋的形成与2-D bluff体不同（Okamoto和Sunabashiri，1992; Wang et al。， 2004;Okamoto等，2009）。其周围的流场比2-D体周围的流场更复杂。许多研究人员试图找到一个模型来准确描述流动结构（Kawamura等，1984; Wang 等，2005 ; Wang和Zhou，2009）。

目前，高层建筑中风致振动的控制主要通过机械控制和空气动力学控制来实现。机械控制通过增加结构的质量，阻尼或刚度来减少风致振动，这是结构控制的核心（Tuomo，2009; Rotea等，2010）。从空气动力学的角度来看，空气动力学控制通过改善结构周围的流场来提高高层建筑的抗风能力。它可以抑制边界层的分离或控制结构周围的涡流的形成运动和构造，从而减小空气动力。这包括被动方法和主动方法。减少风诱发效应的被动方法通常涉及改变建筑物的形状或增加辅助结构（Kawai，1998; Gu，2010; Tamura等人，2010; Gu等人，2014; Giappino等人，2015）。减少风引起的影响的有效方法是依靠外部能量来改善结构周围的流场。这种方法一直是研究的热点。Kubo等。（1999）在方形棱柱的尖锐边缘上布置了四个小圆柱体;控制小气缸的角速度以试图改善流场。结果表明，通过该方法可以抑制正方形棱镜的振荡和涡激发振动，这被称为向边界层注入动量。Laadhari et al。（1994）对平板上的湍流边界层对壁的局部翼展振动的响应进行了实验研究。结果表明，湍流强度和雷诺应力减少，板上的阻尼力。Baron和Quadrio（1995）采用具有适当频率和振幅的墙壁的循环翼展振动，以减少湍流边界层中的摩擦阻力，并且这种控制被证明工作良好。作为主动空气动力学控制的一种类型，抽吸控制是有效的方法。吸力的研究最初开始于航空工程，在那里它被广泛研究和证明在增加提升力和减少翼型拖曳力（乔斯林， 1998年 ; Huang 等人，2004年）。最近，在其他领域中已经广泛研究了对其他物体的吸力的影响。Delaunay和Kaiktsis（2001年），研究了在低雷诺数下基吸气和吹圆柱绕流的稳定性的影响（雷诺数thinsp;le;90）。基于数值模拟，Li et al。（2003）观察到，气缸的涡流脱落可以通过流动吸入/吹动用雷诺数达到110来抑制。Arcas和Redekopp（ 2004）探讨了吹/吸对具有矩形底部的平面前体的涡流脱落特性的影响。然而，基于吸入的流量控制的研究在土木工程中几乎没有研究。Xin et al。（2011）将吸力控制引入到桥梁风阻领域。他们的数值研究结果表明，边界层分离被抑制，并且由此通过稳定的基于抽吸的流动控制改善了摆动稳定性。Zheng和Zhang（2012）利用CFD通过主动吸力控制（局部开槽）调查了高层建筑风荷载的阻力降低。在关于抽吸控制机制的讨论的基础上，

2稳态吸入式流量控制机理

吸力控制工作通过吸力流动，可以改善流场。稳定吸入意味着吸入流速保持恒定。对于具有连续曲率形状的主体，如图1所示，在它们分离之前，施加抽吸控制以从边界层移除减速的流体颗粒（Schlichting和Gersten，2000）。因此，分离被抑制，之后，拖曳力减小。在土木工程中，提升力的控制对于柔性结构总是重要的。具有尖锐边缘的阻流体的抽吸控制机制与用于

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