树木风荷载与流场特性的风洞试验

【目的】研究不同树木布置方式下风荷载与风速的关系,同时分析树后流场特性,以期初步探明树木间存在相互干扰时的风荷载与流场特性,进而为树木防护和树木抗风提供依据。【方法】以豆瓣黄杨为试验树木,通过风洞试验,探讨单株、一排和一列3种布置方式下树木风荷载与风速的关系,同时对单株和一排布置下树后特定平面的流场特性进行研究。【结果】3种布置方式下树木所受到的阻力与倾覆力矩均随风速的增大呈幂函数增大;一排布置下树木的受力略小于单株布置情况,但两者差值随着风速的增大呈减小趋势,一列布置下树木的受力显著减小,其阻力值仅为单株布置时的1/3;单株和一排布置下树木的阻力系数与倾覆力矩系数均随风速的增大呈幂函数减小,一列布置下树木的阻力系数基本不受风速变化影响,倾覆力矩系数则随风速增大近似线性增加;在10 m·s^-1的来流风速下,单株布置下树后横风向平面内相对风速最小值为0.47,相对湍流度最大值为2.1,相对风速与相对湍流度的等值线均以树冠为中心呈辐射状分布,一排布置下树后横风向平面内相对风速最小值为0.42,相对湍流度最大值为2.2,相对风速与相对湍流度的等值线均以树冠为中心呈平行带状分布,2种布置下树后顺风向平面内相对风速与相对湍流度的等值线均以树冠为中心呈椭圆线分布【结论】树木风荷载随风速的增大近似呈幂函数增加,但树木间的相互干扰会对树木风荷载产生影响。风速相同时,单株、一排和一列三种布置方式下树木所受到的阻力和倾覆力矩均依次减小。树木的背风面存在风影响区,此区域的流场特性会发生显著改变,体现为风速降低和湍流度增大。单株布置时树后风影响区为以树冠为中心的辐射状区域,一排布置时树后风影响区为相对连续的区域。