一种圆角化方形超高层结构雷诺数效应的修正方法技术

本发明专利技术涉及一种圆角化方形超高层结构雷诺数效应的修正方法，属于土木工程技术领域，包括以下步骤：S1、根据风洞试验室断面尺寸及原型圆角化方形超高结构的高度确定试验模型的缩尺比；S2、根据风洞试验雷诺数大小及试验模型的圆角率获得对应的粗糙条布置主要参数；S3、依据S2所述的主要参数确定粗糙条厚度、宽度、间隔，制作粗糙条，并将粗糙条沿竖向牢固粘贴在试验模型表面。本发明专利技术提出了实用的圆角化方形超高结构雷诺数效应的修正方法，通过在试验模型表面粘贴粗糙条的方式实现低雷诺数条件下模拟气流高雷诺数的效果，克服了风洞试验模型缩尺所不可避免的雷诺数效应问题，进而得到更为准确的超高结构风力评估结果。

A Correction Method for Reynolds Number Effect of Rounded Shape Super High-rise Structures

The invention relates to a method for correcting Reynolds number effect of super high-rise structure with rounded shape, which belongs to the field of civil engineering technology. It includes the following steps: S1, determining the scale ratio of the test model according to the section size of the wind tunnel laboratory and the height of the prototype rounded super high-rise structure; S2, obtaining the corresponding rough strip arrangement according to the Reynolds number size of the wind tunnel test and the roundness of the test model. Main parameters: S3, determine the thickness, width and interval of rough strip according to the main parameters mentioned in S2, make rough strip, and stick the rough strip on the surface of test model vertically. The present invention proposes a practical method for modifying Reynolds number effect of super-high structure with rounded shape, realizes the effect of simulating high Reynolds number of airflow under low Reynolds number condition by sticking rough strips on the surface of the test model, overcomes the problem of Reynolds number effect which is inevitable in the scale of the wind tunnel test model, and obtains more accurate wind force evaluation results of super-high structure.

【技术实现步骤摘要】
一种圆角化方形超高层结构雷诺数效应的修正方法
本专利技术涉及土木工程
，具体是涉及一种圆角化方形超高层结构雷诺数效应的修正方法。
技术介绍
雷诺数是流体力学中一个重要的无量纲参数，主要表征了惯性力与粘性力的比值。雷诺数的影响几乎渗透到所有存在流体流动的领域。对于超过风荷载规范规定的超高层建筑物或构筑物，通常采用风洞试验来确定其风荷载。风洞试验的依据是相似性原理，但在实际试验过程中，建筑模型的雷诺数往往只能达到105量级(甚至更低)，远小于实际原型结构的雷诺数(107量级以上)，很难满足雷诺数的相似条件。近年来的大量研究表明，雷诺数效应对流线型结构的风荷载评估结果影响较大。目前，圆角化方形截面是进行超高结构设计时经常选用的一种截面形式，其风荷载作用机理与单纯的圆截面或方形截面超高结构存在明显的差异。由于这种结构的角部为流线型，在利用风洞试验确定风荷载时易受到雷诺数效应的影响。尽管国内外学者对结构雷诺数效应的相关问题有了一定的认识，但是目前对于建筑结构模型的风洞试验通常较少考虑雷诺数效应，这主要是由于至今结构风工程界尚未建立精确、便捷模拟高雷诺数的方法。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的技术问题，本专利技术提供一种圆角化方形超高层结构雷诺数效应的修正方法。为了实现本专利技术的目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种圆角化方形超高层结构雷诺数效应的修正方法，包括以下步骤：S1、根据风洞试验室断面尺寸与原型圆角化方形超高结构的高度确定试验模型的缩尺比；S2、根据风洞试验雷诺数大小与试验模型的圆角率获得对应的粗糙条布置主要参数；S3、依据S2所述的主要参数确定粗糙条厚度、宽度、间隔，制作粗糙条，并将粗糙条沿竖向等间距牢固粘贴在试验模型表面；S4、将粘贴好粗糙条试验模型安放在调试好的风场中开展试验。作为优选的，S1中在确定试验模型缩尺比时，试验模型在风洞中水平投影面积不超过风洞试验室断面面积的2％。所述的水平投影面积是指沿水平方向的光照射试验模型而形成的投影面积。作为优选的，S2中所述模型风洞试验雷诺数根据公式Re＝VB/v确定；式中V代表风速，B代表试验模型的截面宽度，ν代表运动黏性系数；所述粗糙条布置主要参数为相对粗糙度ε、相对尺寸ζ与相对距离δ；所述相对粗糙度ε为：ε＝d/B；式中d为粗糙条厚度，B为模型迎风面宽度；所述相对尺寸ζ＝d/D,式中d为粗糙条厚度，D为粗糙条宽度；所述相对距离δ＝▽/D，▽为相邻两粗糙条轴线之间的距离，D为粗糙条宽度。作为优选的，S3中粗糙条沿竖向等间距牢固粘贴在模型表面时，粗糙条应避免遮挡住设于试验模型上的测压孔，并与测压孔之间保持一定的安全距离，所述的安全距离大于2mm。作为优选的，所述试验模型的圆角率为15％-35％。作为优选的，所述原型圆角化方形超高结构的高度大于200m。作为优选的，所述粗糙条为海绵胶带纸。作为优选的，所述试验模型由ABS板制得。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提出了实用的圆角化方形超高结构雷诺数效应的修正方法，通过在试验模型表面粘贴粗糙条的方式实现低雷诺数条件下模拟气流高雷诺数的效果，克服了风洞试验模型缩尺所不可避免的雷诺数效应问题，进而得到更为准确的超高结构风力评估结果。本领域公知的，对于不同结构之间并不存在着借鉴的可能性，而每一建筑都想要进行雷诺数分析，现有技术中并没有对圆角化方形超高结构的雷诺数效应校正的相关研究，对于建筑结构模型的风洞试验通常也较少考虑雷诺数效应。本专利技术提供了一种方便快捷、效果显著的消除圆角化方形超高层结构雷诺数效应的方法。本专利技术圆角化方形截面是目前进行超高结构设计时常选用的一种截面形式，其风荷载作用机理与单纯的圆截面或方形截面超高结构存在明显的差异。由于这种结构的角部为流线型，在利用风洞试验确定风荷载时易受到雷诺数效应的影响。本专利技术通过在圆角化方形超高结构试验模型上粘贴粗糙条的方式来消除雷诺数对其试验模型风效应评估结果的影响，可以对应不同的方形截面圆角率、不同的雷诺数条件下，通过灵活变化粘贴在模型表面的粗糙条等方式，来实现低雷诺数风洞试验模型对高雷诺数原型结构表面绕流的模拟，获得更为准确、合理的结构风荷载。本专利技术应用简便、实现起来较为简单，适用于建筑结构荷载规范给定的A、B、C、D等多种风场条件。本专利技术对于改进风洞试验技术、完善结构风荷载理论分析模型具有重要的意义。本专利技术的试验模型是用ABS板制作而成，具有足够的强度和刚度，试验模型表面光滑；粘贴粗糙条时避免了遮挡住模型上的测压孔，粗糙条与设于试验模型上的测压孔之间保持安全距离，所述的安全距离大于2mm，可避免对测压孔附近的局部风场产生较大的干扰，进而影响测压孔测试数据的准确性。圆角化方形超高结构试验模型的雷诺数效应问题得到了极大的改善。附图说明图1a、图1b分为本专利技术对应的圆角化方形超高层结构平面、立体布置示意图；图2是本专利技术的粗糙条的布置示意图；图3是实施例1中试验模型的测点平面布置图；图4为实施例1中0°风向、不同粗糙度条件下试验模型中部测点层表面平均风压系数；图5为实施例1中45°风向、不同粗糙度条件下试验模型中部测点层表面平均风压系数。具体实施方式以下结合附图和具体实施方式对本专利技术技术方案作进一步详细描述。实施例1试验模型的风洞试验在湖南大学建筑与环境风洞试验室进行。边界层风洞的试验段为3.0m×2.5m(宽×高)的矩形。试验采用了均匀流场，在试验室内通过挡板和粗糙元等模拟装置形成规定的风场。如图图1a、图1b、图2所示，风洞试验模型截面采用经圆角化处理的正方形，圆角率(圆角半径R与模型迎风面尺寸B之比)为25％，截面宽度B为250mm，高度H为1.5m，模型缩尺比为1:300，这意味着该试验模型代表着原型圆角化方形超高层建筑的高度为450m。试验模型是用ABS板制作而成，具有足够的强度和刚度，试验模型表面光滑。如图3所示，试验模型表面共布置了9个测试层，每个测试层设置了40个压力测试点，合计360个风压孔，试验进行2个风向(0°、45°)的结构表面风压的测量。试验时，对每个测点，采样时间为60秒，采样频率为325Hz。为了修正试验模型的雷诺数效应，在试验模型表面竖向粘贴海绵胶带纸，胶带纸厚度为1mm，宽度为8mm，两胶带纸间距为30mm。图4、5给出了两种风向角、不同粗糙度条件下建筑模型中部测点层表面平均风压的分布情况。图中纵坐标代表每个测点的平均压力系数，由公式计算得到，式中T表示采样时间，cpi(t)表示建筑模型表面上第i测点的风压系数历程式中pi(t)对应该位置上的表面风压值，p0、p∞分别表示参考点处的平均总压和平均静压)；横坐标代表试验模型中部一个测点层的表面测点编号(如图3所示)。由图4、5可知，粘贴粗糙条后的试验模型在低雷诺数(雷诺数Re＝86250)条件下测试的平均风压系数，与未粘贴粗糙条试验模型(表面光滑)在高雷诺数(雷诺数Re＝258750)条件下的测试结果吻合较好，这意味着基于本专利技术方法在试验模型表面粘贴粗糙条后，圆角化方形超高结构试验模型的雷诺数效应问题得到了极大的改善。除了如实施例1中的布置方式外，如下表1的布置方式也能实现低雷诺数条件下模拟气流高雷诺数的效果，克服了风洞试验模型缩尺所不可避免的雷诺数效应问题；表1圆角化方形试验模型表面粗本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种圆角化方形超高层结构雷诺数效应的修正方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、根据风洞试验室断面尺寸与原型圆角化方形超高结构的高度确定试验模型的缩尺比；S2、根据风洞试验雷诺数大小与试验模型的圆角率获得对应的粗糙条布置主要参数；S3、依据S2所述的主要参数确定粗糙条厚度、宽度、间隔，制作粗糙条，并将粗糙条沿竖向等间距牢固粘贴在试验模型表面。

【技术特征摘要】
1.一种圆角化方形超高层结构雷诺数效应的修正方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、根据风洞试验室断面尺寸与原型圆角化方形超高结构的高度确定试验模型的缩尺比；S2、根据风洞试验雷诺数大小与试验模型的圆角率获得对应的粗糙条布置主要参数；S3、依据S2所述的主要参数确定粗糙条厚度、宽度、间隔，制作粗糙条，并将粗糙条沿竖向等间距牢固粘贴在试验模型表面。2.根据权利要求1所述的圆角化方形超高层结构雷诺数效应的修正方法，其特征在于：S1中在确定试验模型缩尺比时，试验模型在风洞中水平投影面积不超过风洞试验室断面面积的2％。3.根据权利要求1所述的圆角化方形超高层结构雷诺数效应的修正方法，其特征在于：S2中所述风洞试验雷诺数根据公式Re＝VBν确定；式中V代表风速，B代表试验模型的截面宽度，ν代表运动黏性系数；所述粗糙条布置主要参数为相对粗糙度ε、相对尺寸ζ与相对距离δ；所述相对粗糙度ε为：ε＝d/B；式中d为粗糙...

【专利技术属性】
技术研发人员：郅伦海，蔡康，程正国，陈育达，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34