土木工程结构风场实测及新技术研究的进展

杨雄

摘要：随着社会经济的发展，我国的建筑业也迎来发展的新机遇。为了有效的缓解城市化建设中日益激烈的人地矛盾、区域经济发展问题，大量建筑物、桥梁等土木工程结构的基础设施，在乡镇城市中被广泛建设着。但是随着土木工程结构施工数量的增加，在质量方面存在较多问题，一旦此类结构工程遇到极端恶劣气候，或者地质灾害，容易出现部分结构的坠落、整体坍塌情况，给建筑使用者造成了极大的人身安全威胁和经济损失，尤其是大风灾害。因此需要建筑单位在进行土木工程结构工程的设计与施工中，对于风荷载加强关注，通过风场实测，了解设计方案是否合理，以此有效的预防风灾对建筑物、桥梁质量的不利影响。基于此，本文土木工程结构风场实测的具体内容进行了分析，之后探究了风场实测的新技术。

关键词：土木工程结构；风场实测；新技术

目前全球的生态系统受到严重的破坏，使得各个国家遭受了不同类型、程度的自然灾害，由此引起的人员死亡、财产损失问题需要引起全社会的关注。风灾属于自然灾害中破坏性非常强的一种灾害类型，每年因为风灾引起的建筑物倒塌数量较多，此类工程结构对于风力的有效抵御与风荷载指标有着直接的关系，因此在工程结构的预防风灾侵袭的设计中，需要对风荷载的科学性进行实验检测。

1、结构风场实测分析

首先对于建筑物的风场实测。建筑物属于土木工程结构中施工较多的一种工程，现阶段对建筑物进行的风荷载检测，适用于高层高耸建筑物。在实际的检测中，建筑物的高度越高，风的横向振动力会相应的增加，此时建筑物容易受到风运动时周期激力的干扰，一旦结构横向振动频率靠近建筑时，将会导致建筑物整体发生强烈的共振反应，使得建筑结构不稳定。目前对于土木结构受到的横向风振响应参数，无法直接获得，需要建筑设计人员深入到施工现场中通过结构风洞实验测试相关信息，带入到经验公式中进行计算才可以获得。因此高层建筑在风的横向湍流、漩涡脱漏的影响下，压力分布容易出现不均衡情况，通过实测可以获得当前该处建筑物场所中风引起的振动、风速变化等情况，设计人员据此可以分析出压力在强风天气下的静态、动态情况，便于建筑物整体结构、抗风材料，设计与使用合理性的实现[1]。

其次，对于大跨桥梁的实测。土木工程结构中的桥梁结构在日常使用中，由于架设区域的水文条件较为发达，因此受到的风力影响非常大。在十九世纪由于人们对于风载荷的研究较少，很多桥梁在强风的天气中非常容易发生损毁，因此为了有效提高桥梁的抗风性，科研人员初步构建了抗风理论，使得桥梁可以在部分大风天气里抵御风力的振荡影响。进入到二十一世纪，在科学技术不断发展的大背景下，对于桥梁的抗风研究越来越多，也取得了一定的研究成果，例如数值模拟技术、风洞实验技术等。目前应用较多的是风场实测技术，通过该项技术对于大跨度桥梁施工作业场所的风力条件进行监测，可以对振动响应情况进行实验模拟，进而把握设计出的桥梁抵御强风的能力。风场实测在桥梁中的应用，可以对数据参数进行直接性的监测与计算，获得的数据有着较为理想的精确度，但是完成一次实验所需的费用较高，无法在此类工程设计施工中进行推广应用[2]。

最后为跨度较大土木工程空间结构风场实测。此类结构是一个完整的结构体系，包括有受力、形体结构，施工时可以使用的技术种类较多，结构在受压时可以均匀的受力，柔软性较好，但是由于使用的材料较轻，使得整个工程结构的重量很轻。因此对于该种结构进行抗风研究时，可以使用风洞实验法进行分析。根据实验结果我们可以了解到此类结构的屋面刚度非常低，如果工程为低矮结构时，大风天气来临时建筑物非常容易被吹走，设计人员可以根据测量结果得出空間结构的风荷载值。对于此种空间结构进行的风场实测，工作人员监测时有着较大的难度，而且花费较多，实用效果不佳，当前对于该种结构抗风研究的内容相对较少。

2、新技术研究分析

国外对于土木工程结构风场实测的研究开始时间较早，目前已经有丰富的强风振动响应数据测量、处理技术，我国需要积极进行先进技术的学习。目前实测时，可以使用齐墙埋管式单管测量系统进行实验。该技术在监测时一般在工程施工完成后，需要在墙体上开一个孔洞才可以进行实验，虽然在一定程度上可以获得准确的数据，但是给建筑物整体结构的完整性会造成破坏性影响。同时还可以对测量的风压进行信号的转化，使其成为数字信号后，将其准确的输入到数据处理平台，以此获得振动响应值的方法进行实验。该法实验时所需的设备较多，线路易受到较多干扰因素的影响，应用效果不佳。在目前研究的新技术中，远程监控系统和无线传感器网络是主要的研究方向。其中前者在实验时可以借助于互联网技术来对实验数据进行动态化的监督控制，在控制下把握风引起的振动响应情况，最终获得的实验数据可以在传感器的工作下，及时快速的传输到处理系统中[3]。因此基于该技术的风场实测对于环境的适应性较强，任何天气下均可以使用监控、传输设备进行实验数据的监测与分析，而且减轻了实验操作人员的工作量以及设备操作时所致的数据误差问题，实验成本较低。较之于常规应用于风场实测的两种技术，优势明显。但是该项技术在应用中对于测量点较少的场所进行的风场实验，监测灵敏度较低，无法准确分析相应区域的风压分布特点等数据，因此新技术还需要科研人员继续进行应用范围的扩大研究。同时还需要对智能传感器的成品加强研究，以此使得工作人员无须在土木工程结构上进行实测，直接通过该传感器获得相应数据即可。

结束语

土木工程结构的抗风性能，需要设计人员借助于风场实测的手段对风荷载值进行把握，以此减轻强风天气引起的建筑倒塌问题。但是在实测时，由于检测技术落后，成本高，缺乏完善的风场实测理论体系研究，使得该项工作开展效果较差。当前国外对于风场实测研究相对较多，而我国则处于初步研究阶段，需要科研人员不断学习国外研究的先进理论、技术，研究出实验操作简单、性价比高、数据准确的新技术，更好的提高土木工程结构的抗风性能。

参考文献：

[1]孙玉钊.土木工程结构风场实测及新技术研究[J].中外企业家，2015（17）：223.

[2]王婷婷. 基于FLUENT的大气边界层风场LES模拟[D].北京交通大学，2011.

[3]李锦华，李春祥.土木工程随机风场数值模拟研究的进展[J].振动与冲击，2008（09）：116-125+187.