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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:蔡明樹
研究生(外文):Ming-Shu Tsai
論文名稱:高層建築氣彈力現像之風洞研究
論文名稱(外文):Wind Tunnel Investigation on the Aeroelastic Behavior of Highrise Buildings
指導教授:鄭啟明鄭啟明引用關係
指導教授(外文):Chii-Ming Cheng
學位類別:碩士
校院名稱:淡江大學
系所名稱:土木工程研究所
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:1996
畢業學年度:84
語文別:中文
論文頁數:134
中文關鍵詞:氣彈力氣動力阻尼風洞高層建築
外文關鍵詞:aeroelasticaerodynamic dampingwind tunnelhighrise building
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隨著近代高層建築的興起,風力對結構設計的影響愈加重要。尤其是細長
、柔軟、低阻尼的建築物,會因為風力造成的較大位移反應,導致氣彈力
不穩定現象的發生,使位移反應劇烈增加,對此結構造成危害。目前對於
結構物在風力作用下的預測,順風向振動由於發生原因較單純而有可靠方
法外,橫風向及扭轉向振動因影響的變數太多,且又可能會出現氣彈力不
穩定現象而難以預測。在一般設計風速內,橫風向位移反應較可能發生氣
彈力不穩定之鎖住現象(lock-in),而成為分析結構受風作用時的主要
研究風向。  本文嘗試以方柱之氣彈力模型實驗,藉由不同之結構質量
、阻尼比、高寬比、振動自由度及兩種流場(開闊地形及都市地形)之改
變,探討橫風向位移、尖峰因子,以及代表氣彈力現象之氣動力阻尼三者
的變化情形。 並以Scruton No.(Scr)及無因次化風速為變數,對上述
三者進行預測。  實驗結果顯示,開闊地形流場中,Scr小於2.18之實
驗,兩種高寬比之方柱皆出現渦散現象與急流現象合併發生的狀況,負值
氣動力阻尼於臨界風速之後便維持在最低值;當Scr介於2.76與5.82之間
時,則僅出現渦散造成之鎖住現象,負值氣動力阻尼於臨界風速處有最小
值;而 Scr大於6.28之後,氣彈力不穩定現象消失,氣動力阻尼成為正值
。另外,當流場更換為都市地形時,可能因較大的紊流強度破壞渦散作用
的完整性,而使結構未能在臨界風速附近發生氣彈力不穩定之鎖住現象,
也因此其氣動力阻尼皆為正值。  在尖峰因子方面,當週期性外力不明
顯時,此值在4.2附近變化;而隨週期性的增加,尖峰因子隨之下降,至
臨界風速附近達最小值。對於橫風向位移反應均方根值的預測模式,以藉
由氣動力阻尼之預估,修正機械轉換函數中的結構阻尼,經頻率域分析,
可得不錯的預測效果。而經由此均方根值及尖峰因子的預測所計算之位移
反應最大值,與實驗值比較,其結果尚能接受。
Slenderness, low damping and less rigidity, the character-
istics of modern highrise building, make highrise sensitive to
wind loads. Excessive building motion could introduce extra
motion re- lated force and cause aerodynamic instability,
especially in the acrosswind direction. It is the intension of
this research project to evaluate, qualitatively and
quantitatively, the aerodynamic damping effects through
aeroelastic model testing . A triple-mode, two sway modes and
one torsion mode, model was built to carry out the aeroelastic
tests. Scruton No.(Scr) was chosen to be the primary
experimental parameter among oth- ers : flow field, aspect
ratio, degree of freedom, etc., to study the effects of mass-
damping on the acrosswind vibration, aerodynamic damping and
response peak factor of a square shape highrise building.
Experimental results show that, in the open terrain flow field,
when Scr<2.18, lock-in phenomenon will bring out the galloping
effect and building exhibits the highest negative aerodynamic
damping ; for 2.76<Scr<5.82, only the lock-in ph- enomenon
occurs and highrise building has the extinctive neg- ative
aerodynamic damping near critical velocity ; when Scr> 6.28,
aerodynamic damping becomes positive and the aerodynam- ic
instability vanished. The response measurements also show that,
in the range of random excitation, the peak factor has value of
4.2. However, during lock-in or galloping phenomenon , the peak
factor could be as low as 1.6. Empirical models on aerodynamic
damping and peak factor w- ere established. Coupled with
structural mass, stiffness, da- mping and the acrosswind force
spectra from stationary aerod- ynamic model tests, the
estimated structur respones agree well with measurements.
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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