1.土木結(jié)構(gòu)抗風研究進展
  現(xiàn)場實測是結(jié)構(gòu)抗風研究中非常重要的基礎(chǔ)性方向。基于現(xiàn)場實測,初步掌握平均風速分布及脈動風特性(紊流度、脈動風速自功率譜和互功率譜、紊流尺度等),給出了這些特征量的推薦值和推薦公式。此外,人們還注意實測復(fù)雜地形對風速的影響,相關(guān)成果反映在一些國家規(guī)范中。在測量風特性的同時,研究人員大跨橋梁及高層建筑上進行了長期的風致響應(yīng)實測。美國Texas Tech Univ.風工程研究中心專門建造了供長期實測的低矮房屋實尺度模型。
  風洞試驗?zāi)壳笆墙Y(jié)構(gòu)抗風研究最主要的方法。Cermak和Cook提出大氣邊界層模擬的基本方法一直沿用至今。為了提高模擬風場的紊流度和紊流尺度,研究人員提出了主動紊流模擬方法。同步多點壓力掃描系統(tǒng)可獲得結(jié)構(gòu)表面定常和非定常風壓的時空分布特征。POD方法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法在結(jié)構(gòu)風荷載描述和預(yù)測方面得到研究和應(yīng)用。近來,高頻底座動態(tài)測力天平已成為高層高聳結(jié)構(gòu)風振研究的主流方法。
  高層建筑和高聳結(jié)構(gòu)的順風向荷載和響應(yīng)機理已基本清楚,建立了順風向抗風理論體系。通過風洞試驗,對高層建筑的橫風向荷載機制有了較為清楚的理解,對扭轉(zhuǎn)荷載也有了一定的認識。等效靜力風荷載理論研究近期有了新的進展。群體高層建筑的風荷載和響應(yīng)的干擾效應(yīng)也是目前的一個主要方向,過去主要研究兩個建筑物之間的干擾機理和規(guī)律,近兩年來對三個高層建筑之間的干擾效應(yīng)進行了系統(tǒng)研究。
  1971年,在Scanlan方法基本框架的基礎(chǔ)上,人們在橋梁風振響應(yīng)分析的精細化方法方面做了大量研究,包括顫振和抖振的多模態(tài)、全模態(tài)計算方法;氣動導(dǎo)數(shù)和氣動導(dǎo)納的識別方法,非線性和紊流效應(yīng),雷諾數(shù)效應(yīng)及斜風效應(yīng)等。斜拉橋拉索風雨激振的機理研究也取得新的進展。
  由于形狀復(fù)雜,大跨空間結(jié)構(gòu)風荷載的時空分布比其他大型結(jié)構(gòu)復(fù)雜很多。Holmes于2004年指出,準定常假設(shè)一般不適用于大跨空間結(jié)構(gòu)的動力風荷載?臻g結(jié)構(gòu)抗風研究的另一重要問題是等效靜力風荷載的等效原則和求解方法。LRC法已被應(yīng)用于求解結(jié)構(gòu)的背景等效靜力風荷載分量,而振動慣性力則被建議用來計算共振等效靜力風荷載分量。利用模型現(xiàn)場測量和風洞試驗,已初步認識到低矮建筑的風荷載作用機理和破壞機理。
   土木結(jié)構(gòu)風荷載和效應(yīng)的數(shù)值模擬及土木工程數(shù)值風洞技術(shù)是結(jié)構(gòu)風工程研究中具有戰(zhàn)略意義的發(fā)展方向。在諸多湍流模型中,大渦模擬是近年來計算風工程中最活躍的模型之一。Spalart1997于RA年提出分離渦模型,是LESNS模型和MTM模擬的合理綜合,計算量較小,而精度較高。特別需要提到,近年中離散渦數(shù)值計算方法在橋梁氣動彈性計算中已取得很大成功。流固耦合數(shù)值模擬是數(shù)值計算科學中最具挑戰(zhàn)性的問題之一。近來的研究表明,分區(qū)強耦合或弱耦合法較為成熟,計算量相對較小,結(jié)果精度較高,適用于風工程數(shù)值模擬。
   結(jié)構(gòu)的強風荷載或響應(yīng)如超出允許值,則必須加以控制。人們通過風洞試驗,總結(jié)了控制橋梁和建筑風荷載及風振的被動氣動措施。主動氣動控制措施研究尚處在研究階段,通過風洞試驗和理論分析來研究可主動調(diào)節(jié)的氣動措施以提高橋梁的氣動穩(wěn)定性。在進行阻尼器控制結(jié)構(gòu)風致振動研究時,針對結(jié)構(gòu)風振時結(jié)構(gòu)的表觀阻尼和頻率發(fā)生變化這一特點,提出了MTMD方法、半主動控制系統(tǒng)和主動控制系統(tǒng)方法。
2.土木結(jié)構(gòu)抗風研究方向
  (1)風特性和結(jié)構(gòu)響應(yīng)的理論和方法研究。加強現(xiàn)場實測,獲得更為全面、準確的風特性資料,深人研究土木結(jié)構(gòu)模型風洞試驗理論和方法,研究土木結(jié)構(gòu)風荷載和響應(yīng)機理;研究結(jié)構(gòu)抗風設(shè)計的更為科學合理的方法及風荷載和風振控制方法。
  (2)風特性、土木結(jié)構(gòu)風荷載和效應(yīng)的數(shù)值模擬及數(shù)值風洞。研究結(jié)構(gòu)風荷載數(shù)值模擬方法,研究結(jié)構(gòu)氣動彈性響應(yīng)的數(shù)值模擬方法,并將這些有效方法應(yīng)用于結(jié)構(gòu)風效應(yīng)機理的研究,研究臺風分布和城市風特性的數(shù)值模擬方法,研究風環(huán)境(包括城市小區(qū)風環(huán)境、行人高度風環(huán)境及建筑物內(nèi)部風環(huán)境等)的數(shù)值模擬方法。
  (3)風災(zāi)評估方法及評估系統(tǒng)。研究城市風災(zāi)危險性區(qū)劃方法和風災(zāi)防御標準。結(jié)合城市人口、經(jīng)濟和基礎(chǔ)設(shè)施等地理信息系統(tǒng)(GIS)和數(shù)據(jù)庫,研究城市風災(zāi)危險性區(qū)劃方法,研究城市風災(zāi)害損失的評估方法,研究建立風災(zāi)數(shù)據(jù)庫的方法,研究城市風災(zāi)的防御標準。
  (4)風災(zāi)風險分析理論和方法研究。研究風災(zāi)風險源的識別方法和靈敏度分析方法,研究風災(zāi)風險分析和評估的概率方法和模糊方法及其他新方法,研究結(jié)構(gòu)風險管理決策系統(tǒng),研究風災(zāi)風險的實際應(yīng)用。