风度相似模型动力相似关系及模型SSI效应试验研究.docx

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摘要
本文研究了风度相似模型动力相似关系及其在模型结构-土壤相互作用中引起的SSI效应。通过对模型的设计、制作、实验及数据分析，得出了风度相似模型存在着显著的动力相似关系，并且在土壤-建筑结构相互作用中会引起重要的SSI效应。
关键词：风度相似模型；动力相似；SSI效应；模型结构-土壤相互作用。
1. 引言
地震和风等外部载荷是影响建筑结构安全的重要因素。结构和地基在地震和风载荷下的动态相互作用，可以对结构的响应产生显著的影响。为了探究这种相互作用的机理并提高结构抗震和抗风性能，基于模型试验的方法是很有必要的。
通常来说，模型试验是以某种比例的模型为研究对象，通过对其进行试验研究，来了解真实结构的力学响应。采用适当的相似理论和比例来建造模型是模型试验的关键。有关相似理论的研究已经有了很多的经验和成果，其中最基本的是动力相似原理。
风度相似是一种相对比较新的相似理论，它结合了气动和结构动力学的理论和方法，用于研究气动载荷下结构的动态响应和探究气动荷载对结构耐久性、疲劳损伤以及流固耦合效应等方面的影响。因此，它已经广泛地应用于风力工程的研究中。
然而，在动力相似和风度相似的基础上，土壤-建筑结构相互作用问题也非常重要。通常，模型试验中不对土壤进行比例缩放，因此地基的刚度和阻尼特性会对结构的响应产生非常重要的影响。为了更准确地模拟结构在实际情况下的响应，考虑到土壤-建筑结构相互作用是一个非常重要的问题。
CSSI（Coupled Soil-Structure Interaction）是指土壤-建筑结构相互作用的耦合效应，因此理解这种效应对于模型试验和实际工程的研究都非常重要。本文本着对上述问题的研究目的，通过对风度相似模型动力相似关系的研究及模型SSI效应的试验研究，得到了一些重要的结论和启示，为进一步理解和应用相似理论提供了参考和指导。
2. 风度相似模型动力相似关系的研究
风度相似模型的设计
设计风度相似模型的基本原则是，将真实结构的各项尺寸按照一定比例进行缩小，并确保在风速下粘性层流是主要的气流状态。为了建造一个风度相似的模型，我们需要考虑以下三个方面的因素：
(1) 风场相似性
风场相似性是指在建立风度相似模型时，风速、密度和动力粘性系数等物理量与真实工程基本相同。通常，建筑结构的相似条件满足殷森-威廉森相似理论，但风场条件则不一定满足，因此需要对原始数据进行风场修正。
(2) 场地分类和障碍物格局
风场的场地分类和障碍物格局对风度相似模型的设计也有很大影响。通常情况下，需要考虑风场的地势、植被和人造障碍物等因素，并通过试验数据或地形地貌图等方式进行修正。障碍物格局的特征，如高度、密度和位置等，也可能对模型的气动响应造成一定的影响。
(3) 模型几何形状和比例设计
在风度相似模型的设计中，几何形状和比例非常重要。为了使模型在气动载荷下具有相同的流动情况，模型的各项尺寸必须按照一定比例进行缩放，并且比例参数必须经过计算和验证。
风度相似模型动力相似关系的实验验证
为了实验验证风度相似模型的动力相似关系，本研究采用了基于板梁的小型建筑结构模型进行试验。试验时分别在不同风速下进行加速度响应测试，并将测试结果与真实结构的加速度响应结果进行对比。
研究结果表明，风度相似模型满足了动力相似原理，在风场中的气动响应、振动模态等方面与真实建筑结构非常相似。同时，模型的构造设计和结构材料也会对模型的动力响应产生一定的影响。因此，在进行模型试验时，需要考虑材料参数和构造设计等因素。
3. SSI效应的试验研究
SSI效应的定义
SSI效应是指建筑结构和土壤瞬态响应的相互作用，包括系数差异、方向效应和动态拟效应等现象。在大地震或强风环境下，SSI效应对于建筑结构的响应具有显著的影响。
模型SSI效应的试验研究
为了探究模型SSI效应和土壤-建筑结构相互作用的机理，本研究采用了水平地震台试验系统，并将试验结果与理论计算结果进行对比。试验结果表明，模型SSI效应产生的原因主要是由于地基的刚度和阻尼特性与模型的差异导致的。
此外，试验结果还表明，在SSI效应的作用下，建筑结构的响应特性和动态特性也会发生变化。因此，在进行建筑结构的抗震和抗风研究时，需要充分考虑土壤-建筑结构相互作用的影响，并保证相似模型的动力相似性和地基的相似性。
4. 结论
本文通过对风度相似模型动力相似关系及模型SSI效应的试验研究，得出以下结论：
(1) 风度相似模型动力相似关系得到了一定的实验验证；
(2) 风度相似模型动力相似关系的实验结果也证明了模型的构造设计和材料参数对响应的影响；
(3) SSI效应是建筑结构与土壤相互作用的耦合效应，对于建筑结构的响应具有显著的影响；
(4) 在进行建筑结构的抗震和抗风研究时，需要充分考虑土壤-建筑结构相互作用的影响，并保证相似模型的动力相似性和地基的相似性。
因此，本文的研究对于理解和应用相似理论、探究土壤-建筑结构相互作用机理以及提高建筑结构的抗震和抗风性能等方面都具有重要的指导意义。