基于風(fēng)洞測試方法的塔式起重機(jī)暴風(fēng)非工作狀態(tài)性能研究

摘要：
本文提出了一種實(shí)驗(yàn)方法，用于研究受周邊建筑引起剪切強(qiáng)風(fēng)作用的塔式起重機(jī)性能。闡述了對塔式起重機(jī)模型風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，將該模型視為具有單自由度的桿系結(jié)構(gòu)，起重機(jī)吊臂可繞塔身中心軸旋轉(zhuǎn)。為了重現(xiàn)真實(shí)旋轉(zhuǎn)部件的力學(xué)行為，模擬了幾何和力學(xué)特征。用邊界層風(fēng)洞測試了基座瞬態(tài)傾覆力矩和旋轉(zhuǎn)部件的位置，這個(gè)邊界層風(fēng)洞能模擬紊流風(fēng)場特征。研究了改進(jìn)塔機(jī)設(shè)計(jì)以降低傾覆力矩的方法，減緩吊臂的不恰當(dāng)轉(zhuǎn)動的措施以及相關(guān)失效的風(fēng)險(xiǎn)。

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關(guān)鍵詞：塔式起重機(jī)；傾覆風(fēng)險(xiǎn)； 桿結(jié)構(gòu)； 風(fēng)載； 邊界層風(fēng)洞； 安全。

1 介紹

近年來, 歐洲遭受了多次強(qiáng)烈的暴風(fēng)襲擊,造成了嚴(yán)重的損失。其中，幾臺塔式起重機(jī)被吹倒。強(qiáng)烈的暴風(fēng)和周圍附著建筑的危險(xiǎn)的豎直結(jié)構(gòu)都會增加倒塌的可能或者故障風(fēng)險(xiǎn)。那些情況通常出現(xiàn)在處于颶風(fēng)中的高層建筑工地上。
在早期有關(guān)起重機(jī)的研究中 [1], 塔式起重機(jī)模型有單自由度。 回轉(zhuǎn)部份在風(fēng)的方向上是固定的，唯一的自由度是傾卸點(diǎn)周圍的翻倒角。目的是表現(xiàn)持續(xù)的陣風(fēng)對傾翻風(fēng)險(xiǎn)的影響。環(huán)境的因素沒有被考慮在內(nèi)，表示沒有特殊的情況需要說明。
在工程學(xué)和標(biāo)準(zhǔn)文件中[2-4], 作用在起重機(jī)上的風(fēng)載是以在暴風(fēng)中安全位置最優(yōu)化為基礎(chǔ)進(jìn)行估算的(即最低的拉力)。在沒有任何環(huán)境因素的自然暴風(fēng)中，起重機(jī)的回轉(zhuǎn)部份會自動地轉(zhuǎn)至風(fēng)的方向上。如果起重機(jī)是一孤立的結(jié)構(gòu)并且周圍沒有任何的建筑擾亂風(fēng)向，以上便是典型的運(yùn)動狀態(tài)。 但是, 由于它自己原因, 很少會出現(xiàn)這種情況。 由于周圍建造環(huán)境, 風(fēng)吹過塔起重機(jī)時(shí)可能會出現(xiàn)料想不到的和危險(xiǎn)的氣體力學(xué)現(xiàn)象。
研究的目的是為了描述漸進(jìn)風(fēng)流作用在塔式起重機(jī)上而引起的動載荷,更精確的指出大部分結(jié)構(gòu)裝置的傾倒臨界值。