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大型户外广告牌作为城市典型的风灾易损性结构,在强风作用下的毁坏倒塌发生频繁,存在巨大的安全隐患。目前,国内外现有规范仅给出了单面板广告牌的抗风设计方法,对于形式多样,气动外形各异的多面板广告牌结构已不再适用。因此,迫切需要加强对广告牌风毁作用机理和抗风设计方法的研究。本文的主要研究内容如下:
(1)基于刚性模型面板测压风洞试验,对双面和三面单立柱广告牌的面板风压和风力系数进行了分析,并针对单立柱广告牌的三种风灾破坏模式,分别考察了单立柱双面和三面广告牌的面板局部风压体型系数、面板风压体型系数和整体风力体型系数。将中国和美国规范中广告牌风荷载体型系数的取值与风洞试验结果进行了对比分析,分别从单立柱多面广告牌的面板连接、面板支撑体系以及支撑立柱三个方面的抗风设计,给出了面板局部风压体型系数、面板风压体型系数和整体风力体型系数的建议取值。
(2)针对单立柱广告牌结构特殊的气动外形,在规则高耸结构的理论计算方法基础上,推导得到了单立柱广告牌顺风向风振系数和等效静力风荷载的理论公式。进一步,考虑其“头重脚轻”的受力特点,将单立柱广告牌结构简化为单自由度体系,并提出了简化实用的风振系数计算方法。
(3)基于气弹模型整体测振风洞试验,对双面和三面单立柱广告牌基底各方向的剪力(扭矩)响应进行了分析,并得到了最不利风向角下广告牌顺风向基底剪力响应的风振系数。结合中国和美国规范,从试验结果、理论分析和规范方法等三个方面,对单立柱广告牌结构的顺风向风振系数以及等效风荷载进行了比较分析,并提出了针对单立柱广告牌支撑立柱抗风设计时风振系数的建议计算方法。
(4)以上述分析为基础,本文进一步开展了屋顶附着式广告牌以及墙面附着式广告牌等效风荷载的研究,并详细推导了风振系数中背景分量因子的理论公式及简化计算方法。
上述研究为提高我国大型广告牌结构的抗风可靠性提供了详实的试验数据,也为相关风荷载设计规范的修订提供了重要参考。
(1)基于刚性模型面板测压风洞试验,对双面和三面单立柱广告牌的面板风压和风力系数进行了分析,并针对单立柱广告牌的三种风灾破坏模式,分别考察了单立柱双面和三面广告牌的面板局部风压体型系数、面板风压体型系数和整体风力体型系数。将中国和美国规范中广告牌风荷载体型系数的取值与风洞试验结果进行了对比分析,分别从单立柱多面广告牌的面板连接、面板支撑体系以及支撑立柱三个方面的抗风设计,给出了面板局部风压体型系数、面板风压体型系数和整体风力体型系数的建议取值。
(2)针对单立柱广告牌结构特殊的气动外形,在规则高耸结构的理论计算方法基础上,推导得到了单立柱广告牌顺风向风振系数和等效静力风荷载的理论公式。进一步,考虑其“头重脚轻”的受力特点,将单立柱广告牌结构简化为单自由度体系,并提出了简化实用的风振系数计算方法。
(3)基于气弹模型整体测振风洞试验,对双面和三面单立柱广告牌基底各方向的剪力(扭矩)响应进行了分析,并得到了最不利风向角下广告牌顺风向基底剪力响应的风振系数。结合中国和美国规范,从试验结果、理论分析和规范方法等三个方面,对单立柱广告牌结构的顺风向风振系数以及等效风荷载进行了比较分析,并提出了针对单立柱广告牌支撑立柱抗风设计时风振系数的建议计算方法。
(4)以上述分析为基础,本文进一步开展了屋顶附着式广告牌以及墙面附着式广告牌等效风荷载的研究,并详细推导了风振系数中背景分量因子的理论公式及简化计算方法。
上述研究为提高我国大型广告牌结构的抗风可靠性提供了详实的试验数据,也为相关风荷载设计规范的修订提供了重要参考。