[發(fā)明專利]一種避免氣柱共振影響的開洞建筑風(fēng)致內(nèi)壓的試驗(yàn)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810084732.1
• 申請日: 2018-01-29
• 公開（公告）號: CN108240897B
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 余先鋒;謝壯寧
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: G01M9/02
• 分類號: G01M9/02
• 代理公司: 重慶市信立達(dá)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 50230
• 代理人: 包曉靜

本發(fā)明屬于建筑施工技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種避免氣柱共振影響的開洞建筑風(fēng)致內(nèi)壓的試驗(yàn)方法，包括：試驗(yàn)采樣頻率為331Hz，采樣時(shí)間為61.8秒，補(bǔ)償后的總體積是原體積的不同倍數(shù)時(shí)，驗(yàn)證氣柱共振現(xiàn)象的存在；隔墻開洞為不同尺寸對比分析氣柱共振對脈動(dòng)內(nèi)壓測量所帶來的不利影響；通過氣柱共振頻率的計(jì)算確定體積補(bǔ)償箱的高度；根據(jù)內(nèi)壓相似定律及補(bǔ)償箱為“深且窄”的原則確定補(bǔ)償箱的長度和寬度，確保氣柱共振頻率位于內(nèi)壓功率譜密度曲線的高頻區(qū)，降低氣柱共振能量對脈動(dòng)內(nèi)壓影響。通過復(fù)壓縮機(jī)管道系統(tǒng)引入了內(nèi)壓模型腔體的氣柱共振頻率計(jì)算公式，事先計(jì)算確定體積補(bǔ)償箱的尺寸，避免計(jì)入氣柱共振的不利影響而直接提高內(nèi)壓的峰值響應(yīng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于建筑施工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種避免氣柱共振影響的開洞建筑風(fēng)致內(nèi)壓的試驗(yàn)方法。

背景技術(shù)

目前，與外壓相比，開洞結(jié)構(gòu)風(fēng)致內(nèi)壓的一個(gè)最大特點(diǎn)就是氣流會(huì)在洞口處來回振動(dòng)，這個(gè)氣流振動(dòng)的特征頻率即為Helmholtz共振頻率。Helmhotlz共振的發(fā)生會(huì)直接提高內(nèi)壓的峰值響應(yīng)，在內(nèi)外壓的聯(lián)合作用下，屋面板、門窗等圍護(hù)結(jié)構(gòu)極易發(fā)生破壞。

在風(fēng)洞試驗(yàn)中，若要正確模擬開洞結(jié)構(gòu)的風(fēng)致內(nèi)壓，必須保證Helmholtz共振頻率得到正確模擬。Holmes首次引入Helmholtz共振器模型來研究風(fēng)致內(nèi)壓，并指出模型內(nèi)部體積必須按原型與實(shí)驗(yàn)風(fēng)速比的平方進(jìn)行放大才能保證脈動(dòng)內(nèi)壓的正確模擬。在對封閉式大跨屋蓋氣彈模型研究時(shí)，結(jié)構(gòu)內(nèi)部容積必須在模型自身容積的基礎(chǔ)上按風(fēng)速比的平方進(jìn)行放大，才能保證氣承剛度的相似模擬。Sharma等從開洞建筑模型與原型的阻尼相似出發(fā)，亦導(dǎo)出了與Holmes相似的結(jié)論；他們進(jìn)一步通過風(fēng)洞試驗(yàn)對比研究了2種相同補(bǔ)償體積但補(bǔ)償箱形狀不同(“深且窄”與“淺且寬”)時(shí)的內(nèi)壓功率譜特性，結(jié)果表明補(bǔ)償箱形狀對風(fēng)致內(nèi)壓特性具有顯著的影響，“深且窄”的體積補(bǔ)償效果最好，它能保證脈動(dòng)內(nèi)壓的精確模擬，但“淺且寬”的體積補(bǔ)償箱會(huì)使得內(nèi)壓功率譜上出現(xiàn)一個(gè)額外的共振峰，這與單腔內(nèi)壓共振理論不符，試驗(yàn)時(shí)不宜采用。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)存在的問題是：“淺且寬”的體積補(bǔ)償箱會(huì)使得內(nèi)壓功率譜上出現(xiàn)一個(gè)額窄外的共振峰，這與單腔內(nèi)壓共振理論不符，試驗(yàn)時(shí)不宜采用。“深且窄”的體積補(bǔ)償箱是合適的，但不宜過于深長，否則會(huì)出現(xiàn)氣柱共振，直接影響脈動(dòng)內(nèi)壓的測量精度。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種避免氣柱共振影響的開洞建筑風(fēng)致內(nèi)壓的試驗(yàn)方法包括以下步驟：

步驟一、試驗(yàn)采樣頻率為331Hz，采樣時(shí)間為61.8秒，補(bǔ)償后的總體積是原體積的不同倍數(shù)時(shí)，驗(yàn)證氣柱共振現(xiàn)象的存在；

步驟二、當(dāng)其隔墻開洞為不同尺寸時(shí)，對比分析氣柱共振對脈動(dòng)內(nèi)壓測量所帶來的不利影響；為避免此不利影響，通過氣柱共振頻率的計(jì)算確定體積補(bǔ)償箱的高度；

步驟三、根據(jù)內(nèi)壓相似定律及補(bǔ)償箱為“深且窄”的原則確定補(bǔ)償箱的長度和寬度，確保氣柱共振頻率位于內(nèi)壓功率譜密度曲線的高頻區(qū)，從而降低氣柱共振能量對脈動(dòng)內(nèi)壓的影響。

進(jìn)一步，氣柱共振頻率的計(jì)算時(shí)，對于圖1所示的等截面直管道中的流體微團(tuán)，設(shè)與坐標(biāo)原點(diǎn)o相距為x的截面I上單位面積所受的壓力為p，速度為u，則相鄰截面Ⅱ上的壓力為：

速度為：

由質(zhì)量守恒原理可得連續(xù)方程為：

采用牛頓第二定律對流體微團(tuán)進(jìn)行受力分析，可得運(yùn)動(dòng)方程為：

由式上述公式可得經(jīng)典的平面波動(dòng)方程為：

式中，a為聲速，ρ為流體密度。采用分離變量法可得式(3)的理論解為：