第四章 風洞試驗
第一節 實驗設備與配置
風 洞 試 驗 係 於 內 政 部 建 築 研 究 所 風 洞 實 驗 室 進 行。風 洞 本 體 為 一 垂 直 向 的 封 閉 迴 路 系 統(參見圖 4-1)，其總長度為 77.9 m，最大寬度 為 9.12 m，最大高度為 15.9 m，並具有第一與第二兩個測試區(斷面 分 別 為 4 m × 2.6 m 與 6 m × 2.6 m)。風洞中之氣流係由直接傳動軸流 式 風 扇(直徑 4.75m，驅動馬達最大馬力為 500 kW，最高轉速為 390 rpm) 驅 動 ， 正 常 運 轉 風 速 範 圍 為 2 m/s 至 35 m/s，最高風速為 39 m/s。斷 面 模 型 試 驗 乃 於 第 一 測 試 區 緊 鄰 收 縮 段 後 進 行(參見圖 4-2)，其風況屬 低 紊 流 強 度(0.17%至 2%)且均勻(uniform)之平滑流(smooth flow)。橋 體 斷 面 模 型 沿 水 平 橫 風 向 之 長 度 取 100 cm，厚度(D)固定為 4 cm(參見 圖 1-1)，在 5 種寬深比(B/D = 5, 8, 10, 12.5 與 15)下模型橋體之橋面寬 度(B)分別為 20、32、40、50 與 60 cm。包含橋體與模型架設系統，
模 型 試 驗 之 阻 塞 比(blockage ratio)小於 4%。隨著來流風速之不同，模 型 試 驗 之 雷 諾 數(ReUD/ν；U 為來流風速)約在510
3
至8104
之 間。二 、 橋 體 模 型 製 作 與 架 設
斷 面 模 型 之 製 作 主 要 以 質 量 輕、勁 度 高 為 原 則，研 究 中 之 橋 體 模 型 乃 以 白 鐵 匡 架 為 骨 幹，內 外 填 充 以 硬 質 之 保 麗 龍，外 披 珍 珠 板 製 作 (如見圖 4-3)以確保模型體之剛度與表面之硬度。模型橋版係置於風洞
測 試 段 內 具 有 懸 吊 式 架 設 系 統 的 橋 座 上 。 如 圖 4-4 所示，模型係連結 於 四 組 懸 吊 彈 簧，並 藉 彈 簧 勁 度 之 適 當 選 取 以 獲 得 橋 體 在 垂 直 向 之 基 本 頻 率。至 於 在 扭 轉 向 之 基 本 頻 率，則 以 彈 簧 組 在 順 風 方 向 間 距 之 改 變 調 整 之。此 外，系 統 中 另 設 一 能 量 吸 取 器，阻 尼 油 槽 內 置 黏 滯 性 油 料 ， 以 模 擬 橋 體 在 垂 直 向 及 扭 轉 向 的 阻 尼 比 。
圖 4-1. 風洞系統簡圖
資 料 來 源 ： 本 研 究 整 理圖 4-2. 斷面模型試驗設置圖
資 料 來 源 ： 本 研 究 整 理圖 4-3. 典型模型圖
資 料 來 源 ： 本 研 究 整 理
圖 4-4. 懸吊系統照片與簡示圖
資 料 來 源 ： 本 研 究 整 理三 、 風 速 量 測
風 洞 試 驗 中 來 流 風 速 係 採 用 直 式 皮 托 管(圖 4-5)配 合 以 薄 膜 式 壓 力 計(圖 4-6)進行量度。由皮托管所量測到的風壓變化，經由壓力轉換 器 轉 換 為 類 比 電 壓 值 ， 再 藉 由 類 比/數 位(A/D)轉 換 器 將 類 比 訊 號 轉 換 為 數 位 訊 號，最 後 經 電 腦 讀 取、記 錄 與 分 析。待 量 得 皮 托 管 的 壓 力 差 值(Δ )後，即代入後式計算出相應之風速(p
air
為 空 氣 密 度)。彈 簧
雷 射 位 移 計
油 槽
模 型
air
p U 2
(4-1)
圖 4-5. 皮托管風速計
資 料 來 源 ： 本 研 究 整 理圖 4-6. 薄膜式壓力轉換器
資 料 來 源 ： 本 研 究 整 理四 、 振 動 橋 體 位 移 量 測
試 驗 中 橋 體 振 動 量(位 移)係 以 裝 設 於 橋 座 上 對 稱 放 置 之 四 個 雷 射 位 移 計 來 進 行 量 測。雷 射 位 移 計 由 雷 射 源(圖 4-7)與雷射控制器(圖 4-8) 兩 個 部 份 組 成 。 為 確 保 雷 射 光 源 正 確 地 投 射 至 橋 體 模 型 之 反 射 板 上 ， 操 作 時 必 須 保 持 正 交 以 減 少 誤 差 。 量 測 時 待 直 接 讀 取 相 應 之 電 壓 值
皮 托 管
後 ， 繼 而 計 算 出 雷 射 頭 與 板 面 反 射 點 間 距 離 之 時 序 列 資 料(率 定 關 係 為 1 volt=1 cm)，並進一步地從事統計分析。研究中雷射測距之採樣 頻 率 為 500 Hz，採樣時間為 152 秒(每次取樣 76000 個資料)。
圖 4-7. 雷射源
資 料 來 源 ： 本 研 究 整 理圖 4-8. 雷射控制器
資 料 來 源 ： 本 研 究 整 理五 、 資 料 之 處 理
試 驗 信 號 經 擷 取 系 統(見圖 4-9)與類比/數位(A/D)轉換後，其時序 列 資 料 續 儲 存 於 電 腦 ， 並 作 進 一 步 的 統 計 分 析 。