平均气动力 <- 三分力天平、五分力天平、六分力天平 脉动风荷载 <- 高频天平
ZD-1风洞典型工程测压试验
覆冰导线气动力试验
ZD-1风洞典型工程测压试验
施工防护网测力试验
ZD-1风洞典型工程测压试验
电动转轴风洞测力试验
气动弹性模型测振试验
目的：研究气弹模型的风振特性和响应、获得风振系数等参数
风力测试技术
天平
测力天平是直接测量作用在结构物模型上静风荷载（空气动力）的一种测 量装置，简称天平。
天平可以将作用在模型上的静风荷载按天平的直角坐标系分解成三个互相 垂直的力分量和绕三个坐标轴的力矩分量，并分别测量。
天平分类
按测力原理分：机械天平、应变天平、压电天平和磁悬浮天平 按所测分量分：单分量天平、三分量天平、五分量天平和六分量天平 按安装型式分：外式天平、内式天平 按频率响应分：静力天平、高频天平
气动刚性模型测压试验
主要对象： 低矮建筑 高层建筑 体育场馆 会展中心等
目的： 确定结构物表面风压（系数） 平均风压／脉动风压
确定结构体型系数
确定结构物的面/线荷载
应用： 建筑物幕墙、屋盖等覆面设计 － 瞬时风荷载
主结构设计静响应分析（动荷载、位移、加速度 )– 脉动风荷载
相似理论
相似准则
斯特拉哈数：非定常惯性力与定常惯性力的比值 欧拉数：流体压力与流体惯性力的比值 雷诺数：流体惯性力与流体粘性力的比值 弗劳德数：流体惯性力与重力的比值 柯西数：结构弹性力与流体惯性力的比值 惯性参数：结构惯性力与流体惯性力的比值 阻尼参数：无量纲阻尼比
相似理论
基本缩尺比
天平测力技术
ZD-1风洞精密仪器介绍
热线风速仪
品牌：DANTEC 出产地：丹麦 量程：0.5～60m/s 精度：±1.5%或±0.02m/s 采样频率：10kHz 通道数：4通道 购置时间：2010.9
ZD-1风洞精密仪器介绍
电子压力扫描阀
品牌：SCANIVALVE 出产地：美国 量程： ± 2500Pa 精度： ± 0.15％F.S. 采样频率：625Hz 模块数：8 同步测压数：512通道 购置时间：2010.9
青岛绿城深蓝广场
浦江体育场
ZD-1风洞典型工程测压试验
青岛绿城深蓝广场
浦江体育场
ZD-1风洞典型工程测压试验
宁波中国港口博物馆
绍兴东方山水图
刚性模型测力试验
目的：获得建筑、桥梁等整体和局部风荷载和动态气动力
方法：利用测力天平测出作用在整体结构上的气动合力（系数）或者作用 在结构不同节段上的气动力（系数） 对象：刚性不变形的全模型或节段模型 测试内容：
度，顺风向功率谱常采用Karman谱
nSu (n)

2 u
4n* 1 70.8n*2
5/6
湍流积分尺度：描述气流中各种旋涡沿某一方向的平均尺度，顺风向湍流积分尺度介于
100～300m，随高度增大而增大
Lx

100

Z 30
0.5
大气边界层流场模拟
大气边界层流场的被动模拟技术
方法： 均匀流场
格栅紊流场 大气边界层流场
刚性不变体 压力传感器系统 表面风压
气动刚性模型测压试验
相似准则：
几何相似 一般无需模拟结构的刚度、质量和动力特性等 对于紊流场试验
时间和频率的相似 脉动风特性：紊流度、功率谱和紊流积分尺度 对于大开孔脉动内压试验 结构刚度和气动刚度的相似
气动刚性模型测压试验
主要特色： 试验断面大、风速高、流场品质好； 应用范围广:涵盖建筑、桥梁、交通、工业空气动力学、航空航天领域； 配有全国领先的移测架，能实现风速实时移测。
二、风洞测试技术
风速测试技术 风压测试技术 风力测试技术
风速测量技术
皮托静压管（Pitot-static tube）
对于低速（即风速不超过0.3倍音速， 约100m/s）、不可压缩的流动，沿某一流 线作稳定流动的不可压缩无粘性气流应满 足下述伯努力方程：
气动刚性模型测压试验
风向角：
范围：0～360度 间隔：10～15度，局部可加密
采样频率：
尽可能高 上限受压力扫描阀系统性能的限制
采样时间：
以样本原型时间长度不少于10min为宜 根据时间比计算模型所需的样本长度
ZD-1风洞典型工程测压试验
昆明宜良体育场
港丽商务综合楼
ZD-1风洞典型工程测压试验
方法：利用测振设备测试风荷载作用下气动弹性结构的振动响应
对象：气动弹性模型 测试内容：
动应变 <- 动态应变仪 动位移 <- 激光计 加速度 <- 加速度计
ZD-1风洞典型工程测振试验
同塔四回路输电铁塔
ZD-1风洞典型工程测振试验
1800t柔性腿吊机
ZD-1风洞典型工程测振试验
复合屋面板单元测振试验
三、边界层风洞在风工程研究中的应用
相似理论 大气边界层流场模拟 气动刚性模型测压试验 气动刚性模型测力试验 气动弹性模型测振试验
相似理论
风洞实验的基础：绕模型的流动和绕原型的流动相似
流动相似的五大要素： 几何相似－最基本的流动相似条件 运动相似－速度和加速度场的相似 动力相似－同名作用力场的相似 质量相似－密度场的相似 热力相似－温度场的相似
力的缩尺比 结构质量、质量惯性矩缩尺比
大气边界层流场模拟
大气边界层风特性
平均风剖面：描述平均风速沿高度的变化规律，常用指数率
Vz Vr


Z Zr


紊流度剖面：描述相对紊流强度沿高度的变化规律
Iu

I10
Z 10

功率谱：描述紊流运动强度随频率的分布情况，即不同尺度旋涡的运动对风速脉动的贡献程
2014年创新实验指南
项目一：高层建筑风荷载干扰效应的测压试验研究（工程型）
1. 背景资料：
<<建筑结构荷载规范（GB 20009-2012）>>8.3.2规定:
当多个建筑物，特别是群集的高层建筑，相互间距较近时，宜考虑风力相互干扰的群体效应;一般可 单独建筑物的体型系数μs 乘以相互干扰系数。相互干扰系数可按下列规定确定: 1)对矩形平面高层建筑，当单个施扰建筑与受扰建筑高度相近时，根据施扰建筑的位置，对顺风向风荷载可 在1.00－1.10 范围内选取，对横风向风荷载可在1.00-1.20 范围内选取; 2)其他情况可比照类似条件的风洞试验资料确定，必要时宜通过风洞试验确定。
微压差变送器
风压测量技术
电子压力扫描阀
原理： 利用多通道的传感器（ZOC）进行多点压力
的测量和数据采集，并利用数模转换系统（DSM 或DSA模块）和微处理器对数据进行处理。 工作方式：
多通道模块高速扫描，模块间相同通道同步 采集。 用途：
主要用于同步测定多点高频动态风压。
工作原理图
主机
模块
参考教材
黄本才,汪丛军.结构抗风分析原理及应用(第 二版)[M].上海： 同济大学出版社, 2008.
[日]风洞实验指南研究委员会.建筑风洞实验 指南[M].孙瑛,武岳，曹正罡译.北京：中国建 筑工业出版社，2011.
埃米尔.希缪,罗伯特.H.斯坎伦. 风对结构的作 用—风工程导论[M].刘尚培，项海帆，谢霁 明译.上海：同济大学出版社,1992.
u(t) = A+ B×ΔP^0.5
能测定任意方向来流风速，成本不高
风压测量技术
微压计
原理：以流体静压力基本方程为基础 ,根据液柱受压时液柱高度发生变化 来度量空气压力的大小
用途：主要用来测定静态风压和风速的监测
倾斜式微压计
补偿式微压计
风压测量技术
微压差变送器
原理：将两个压力引入一张膜片（膜盒）的两边，由于两个压力差 （差压）引起膜片产生位移或位移的趋势（力），然后将这种位移 量或作用力，转化为电量或其它标准信号输出。 用途：主要用来风速闭环控制以及测定高频风压
气动刚性模型测压试验
测点布置原则：
原型结构每120m2表面内不少于1个测压点 根据建筑物表面不均匀布置
需要加密的部位：风压急剧变化的区域 可适当降低测点布置密度的部位：面积较大平缓的区域 内外或上下两面均暴露受风的构筑物需双面布点
试验风速选择：
压力传感器的量程和灵敏度 模型的刚度、强度和安装情况 风洞的试验风速范围
风压测量系统示意图
气动刚性模型测压试验
模型制作原则：
几何相似 严格模拟被测建筑主体结构的外形 需要模拟以主建筑为中心300～500m半径范围内的周边环境
几何缩尺比的确定 堵塞率＝模型顺风向投影面积/风洞试验段截面积≤5% 主建筑内部空间和扫描阀模块的尺寸数量 适度考虑紊流积分尺度的相似性
模型材料：有机玻璃、塑料、木材等，保证试验过程中不发生显著振动 雷诺数效应对策：对于光滑曲面部分，需要进行适当的表面粗糙化处理
国内近年兴建的边界层建筑风洞： 湖南大学(2004), 长安大学(2004), 大连理工大学(2006), 中国建科院 (2007), 西南交通大学(2007), 哈尔滨工业大学(2008), 石家庄铁道大学 (2009)，浙江大学(2010)
中国建科院直流式边界层风洞
长安大学回流式边界层风洞
ZD-1边界层风洞－简介
第一基本缩尺比：几何缩尺比
风洞的尺寸
结构的尺寸
风洞堵塞度＝模型顺风向投影面积/风洞试验段截面积≤6%
模型制作的精度和难度
湍流积分尺度
第二基本缩尺比：风速比
风洞的最大风速 考虑重力影响
设计风速 结构承受的最大风力
第三基本缩尺比：密度比＝1
相似理论
导出缩尺比
时间、频率缩尺比 位移、加速度缩尺比 弹性模量、刚度缩尺比