基于高阶动力学模态分解和本征正交分解方法的受扰建筑表面随机风压场研究

作     者：郭凡 李寿科 刘敏 张勇 雷佳妍 

作者机构：湖南科技大学土木工程学院 

出 版 物：《建筑结构学报》 (Journal of Building Structures)

年 卷 期：2024年第9期

页      面：201-215页

核心收录：

学科分类：081405[工学-防灾减灾工程及防护工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 

基　　金：国家自然科学基金项目(52378510,52308501) 国家留学基金项目(202309480002) 

主　　题：高层建筑 随机风压场 风洞试验 高阶动力学模态分解 本征正交分解 风压系数 

摘      要：受扰建筑表面风压场是一个复杂、随机的高维动态系统，依据风压分布难以完全呈现和复刻其流动机理。为此，基于刚性模型测压风洞试验，采用本征正交分解(POD)方法和高阶动力学模态分解(HODMD)方法，对串列布置干扰下的方形高层建筑表面随机风压场进行分解与重构。结果表明：上游建筑对下游受扰建筑迎风面风压的影响主要是遮挡作用，使得下游建筑迎风面出现负压区，受扰建筑两个侧风面最小平均风压系数出现在靠近迎风面的边缘区域，且随着距上游建筑距离增加，遮挡效应减弱，串列布置对下游建筑背风面风压的影响不大；通过POD方法分析可知，3倍迎风宽度是串列布置的临界间隙，当受扰建筑位于施扰建筑后方3倍迎风宽度内，受扰建筑不会发生明显的漩涡脱落；POD和HODMD方法分解得到的模态均可以反映脉动风压特征，但由于风压数据的高度非线性，POD模态反映多个频率的耦合，而HODMD方法能分解出每个模态的增长率和频率，单频的HODMD模态能够捕捉到不同尺度漩涡运动作用在建筑表面形成的相干结构，模态系数的周期性变化反映湍流的能量级联，且单体和干扰间距为2、3、4倍迎风宽度的4种工况都是以低频的漩涡运动为主导，建筑的干扰使得含有高能量的低频模态增多。因此，在揭示随机风压场的流动机理方面，采用HODMD方法更准确合理。