[发明专利]用于线状细长结构顺流向三维风荷载评估的阻力气动导纳识别方法及系统

说明书

本发明公开的用于线状细长结构顺流向三维风荷载评估的阻力气动导纳识别方法及系统，该方法首先建立两波数抖振阻力谱数理模型、一波数抖振阻力谱数理模型；然后根据格栅紊流场中各向同性紊流谱模型得到一波数、两波数纵向紊流功率谱以及横向相干函数；通过节段模型测压法得到线状细长钝体断面顺流向任意片条上的抖振阻力点谱，并利用试验结果拟合待拟合参数；基于两波数抖振阻力谱数理模型，得出广义一波数和二维阻力气动导纳的数值解；最后构建二维阻力气动导纳经验模型和待拟合参数，识别两波数阻力气动导纳，该方法能够深入描述紊流的三维效应，尤其是对于矩形高耸建筑或者其他类型的线状细长结构的顺流向风荷载评估方法提供了理论依据。

技术领域

本发明涉及风荷载的测试技术领域，特别是一种可以用线状细长结构顺流向三维风荷载评估的阻力气动导纳识别方法及系统。

背景技术

气动导纳是目前大跨桥梁抖振分析方法中非常重要的气动参数。传统的大跨桥梁抖振分析方法一般都基于线性准定常理论和气动片条理论，但由于波长小频率高的紊流成分不具有空间和时间上的均匀性，并且沿桥横截面的宽度和高度方向表现为空间不完全相关性。所以，传统的大跨桥梁抖振分析方法在采用准定常抖振力的基础上引入气动导纳来考虑紊流在时空上的非定常性和不完全相关性。

现行的气动导纳识别方法主要有Sears函数用于修正流线型桥梁断面的准定常抖振升力和扭矩，Davenport公式用于考虑顺流向脉动风的非定常特性以及绕桥梁断面有效流域内阻力方向上的总体相关性，但该公式中难以描述紊流三维效应对于抖振阻力的非定常影响，即抖振阻力的空间相关性高于脉动风速的空间相关性。因此，Davenport阻力气动导纳模型难以满足大跨桥梁顺流向三维风荷载评估精度要求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种可以用线状细长结构顺流向三维风荷载评估的阻力气动导纳识别方法。该方法适用于大跨桥梁和高耸细长建筑结构顺风向风荷载评估。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种可以用线状细长结构顺流向风荷载评估的三维阻力气动导纳识别方法，以实现提高三维气动导纳的识别精度，从而扩展建筑结构顺流向风荷载评估的适用范围。

本发明实施例提供一种可以用线状细长结构顺流向风荷载评估的三维阻力气动导纳识别方法，包括以下步骤：

步骤1，基于三维谱张量分析理论建立两波数和一波数抖振阻力谱数理模型，提出三维阻力导纳闭合解理论识别框架；

步骤2，根据格栅紊流场中各向同性紊流谱模型得到一波数以及两波数纵向紊流功率谱以及横向相干函数；

步骤3，通过节段模型测压法得到线状细长钝体断面顺流向任意片条上的抖振阻力点谱，并利用试验结果拟合阻力经验相干函数模型中的待拟合参数；

步骤4，基于两波数抖振阻力谱数理模型和步骤1中的三维气动导纳闭合解识别理论，结合步骤2和步骤3得到的紊流功率谱特性和抖振阻力经验相干函数模型拟合结果，得出广义一波数气动导纳、广义一波数气动导纳展向修正项和二维气动导纳的数值解；

步骤5，构建二维阻力气动导纳经验模型，并根据步骤4拟合二维阻力气动导纳经验模型中的待拟合参数，利用步骤1中三维阻力导纳闭合解理论识别框架，进而识别三维阻力气动导纳，所述气动导纳可用于评估大跨桥梁和高耸细长建筑结构的顺流向三维风荷载。

进一步，所述步骤1具体包括：

步骤a，基于三维谱张量分析理论，可以直接提出阻力气动导纳的的数理模型，其中一波数和两波数非定常功率谱如下所示：