多跨鞍形膜结构风荷载的数值模拟研究

多跨鞍形膜结构是工程中常用的一种大跨空间结构形式,风荷载是其结构设计的控制性因 素．采用ＣＦＤ数值模拟方法研究其平均风荷载特性,分析膜面初始预张力、来流风向角和矢跨比对 多跨鞍形膜结构表面的风压分布特性的影响规律．结果表明：膜面初始预张力的大小主要影响膜面 所受正风压区域的大小,膜面初始预张力越大,受正压区域越大．来流风向角会改变膜面正负极值 风压的分布,正负极值一般出现在与风向角垂直的边缘处．不同的矢跨比会产生不同大小的膜面风 压系数,但是从总体上看风压的分布形式是相同的．     

基于POD方法的非同步大跨屋盖结构风荷载研究

对某大跨度曲面屋盖结构分批进行了风洞试验,第1批测点定义为同步测点,第2批测点定义为非同步测点。根据POD方法采用前若干阶本征模态重建了屋盖的风压场。通过同步测点的风压场预测非同步测点的风压场,并将其与实测非同步风压场进行对比。结果表明,预测风压场与实测风压场吻合较好,说明POD方法在风压预测应用中是有效的。根据随机振动理论,通过风荷载相干函数分析,建立同步与非同步风荷载的相关性,从而提出一种考虑非同步风场的风荷载计算方法。     

大庆石油学院体育馆屋面风荷载的风洞试验及CFD数值模拟

目的确定大庆石油学院体育馆屋面的平均风压系数，为该工程的结构抗风设计提供荷载依据，探讨采用CFD数值模拟技术来确定复杂体形建筑物表面平均风压分布的可靠性．方法对大庆石油学院体育馆屋面风荷载进行刚性模型风洞试验研究，并基于Fluent6．1软件平台，采用雷诺应力湍流模型（RSM）对屋面的平均风压进行了数值模拟．结果通过风洞试验，得到了体育馆屋盖表面的平均风压系数，并分析了屋面的风压分布特性，得出了最不利风向角和分区体型系数．通过CFD数值模拟研究，探讨了各种参数变化对平均风压计算结果的影响，并将计算结果与风洞试验数据进行对比，两者吻合较好．结论CFD数值模拟技术作为一种新型的研究方法为研究建筑物表面的静态风压分布规律提供了一种较为简便、快捷、低成本的途径。可较准确地模拟实际大跨度屋盖表面的平均风荷载．将CFD技术用于工程方案阶段的预研是一种较为安全稳妥的思路．     

连续刚构桥超高墩的风荷载模型与抗风构造研究

为了对一座具有超高墩的预应力混凝土连续刚构桥在施工过程中的抗风性能进行分析,依据桥址处的风环境确定了上、下部结构区别对待的风荷载模型.在最大悬臂典型工况下与静风荷载进行了对比分析,并在此基础上对该桥的抗风构造措施进行了优化.结果表明:在文中构造的风荷载模型中同时考虑了风压廓线变化及冲击作用对超高墩单T结构的影响,其响应输出更能反映出超高墩具有的特殊风动力特性,同时增加的风撑横系梁构造能够显著降低风荷载下墩顶位移,值得同类桥型抗风设计中借鉴.     

考虑随机风压场非高斯特性的大跨度膜屋盖风振响应

作用于大跨度膜屋盖结构上的随机风压场在统计意义上由高斯和非高斯区域构成。基于零记忆非线性转化法理论,提出了这种混合随机风压场的模拟方法,算例表明,生成的随机风压场样本能准确描述实验数据的各项统计特性。将生成的样本和利用传统方法生成的高斯随机风压样本作用于某膜屋盖结构,经风振时域分析后发现,高斯随机风压激励下结构部分构件的响应值比非高斯随机风压激励下的响应值低,这表明,随机风压荷载的非高斯特性不容忽视。文章还给出了结构不同构件的整体风振响应系数。     

大跨度屋盖风振计算的软件实现

大跨度屋盖结构的荷载风振系数和风压计算具有庞大的工作量．本文综合考虑水平风和竖向风的作用，应用频域法对屋盖结构风振特性进行了分析，编制了可以与结构有限元计算软件衔接的考虑多阶模态组合的风振风压计算软件．经实例分析验证，大大提高了设计的效率和精度，效果良好。     

高耸结构风荷载特性的风洞试验研究

通过风洞试验对椭圆截面高耸结构的风荷载特性及结构抗风安全性进行了系统研究。获得了结构表面风压分布规律,研究了高耸结构三维风荷载功率谱特性,评估了结构的三维等效静力风荷载并和规范结果开展了对比性研究,讨论了结构抗风动力可靠性。研究结果可为高耸结构的抗风设计和风洞试验提供技术参考。     

风荷载作用下LNG储罐混凝土外罐力学性能分析

为获得大型全容式LNG储罐混凝土外罐在风荷载作用下的响应特性,以有限元软件ANSYS为分析平台,针对一160 000 m3LNG储罐实际工程建立了静力风荷载及顺风向脉动风荷载作用下的精细化有限元模型.通过对比国外学者提出的傅里叶解析式表达圆柱体表面的风压分布和中国《建筑结构荷载规范》给出的旋转壳体周向体型系数,以及中美规范关于风压高度变化系数的规定,表明中国《建筑结构荷载规范》确定风压分布对结构影响更为不利;对比了不同风向下储罐外罐的内力及变形模拟结果,获得了各风向对储罐响应的影响程度及规律;采用拟定常假设,来流风速谱取Davenport谱,储罐外罐的风振响应分析结果表明:顺风脉动风荷载作用下,结构的位移及环向应力的变化趋势与静力风荷载作用下相近,但应力及位移的极值响应结果约为静力风荷载作用2倍;与静力荷载下储罐结构的响应结果对比表明,静力风荷载及顺风向脉动风荷载对LNG储罐混凝土外罐的受力及变形影响皆不大.     

某体育会展中心大跨屋盖系统风荷载试验

介绍了某体育会展中心会展馆和体育场的大跨屋盖系统模型风洞试验的概况和主要试验结果,分析了挑篷上平均风压和脉动风压的分布,讨论了脉动风压对总设计风荷载的贡献,并对比了计算围护结构风荷载的规范方法和统计方法;结果表明,正面迎风时,体育会展馆和体育场屋盖边缘的平均风压和脉动风压系数均较大,采用规范方法算得的会展馆围护结构风荷载大部分小于采用统计方法算得的数值,而用规范方法算得的体育场围护结构风荷载均小于用统计方法算得的结果。     

典型拱形壳体风荷载分布规律

进行了2种典型拱形壳体结构刚性模型内外表面同步测压风洞试验,分析了拱形壳体结构体型系数与脉动风压系数的分布规律,比较了底部开口／闭口和两端封闭／开放不同状态对风压分布的影响。结果表明：底部开口与端部条件对结构风压分布影响很大,采用孤面封闭两端可以有效的降低结构端部的风压同时使得结构表面风压分布更加均匀,当底部开口较小时,结构内部的稳定负压可以抵消外表面负压,从而降低了结构承受的风吸力,同时也扩大了结构的正压区并增加了结构表面的风压力。最后给出了该类结构的风荷载建议。     

某火车站站台雨棚结构风振系数计算

对某火车站站台雨棚结构风荷载进行了数值研究,建立了火车站站台雨棚有限元模型,依据风速功率谱通过数值模拟得到雨棚表面测点风速时程及风压时程,对脉动风作用下的雨棚结构进行了风振反应时程分析,根据分析结果确定结构风振系数,为结构设计中风荷载计算提供依据.     

局部开洞对高层建筑风荷载特性的研究

通过运用计算流体动力学软件ＦＬＵＥＮＴ对有局部开洞的高层建筑风荷载特性进行了风洞 实验和数值模拟研究,得到了不同风向角下洞口周边风压系数风布以及风环境变化．本次风洞试验 主要在大气边界层风洞中进行,主要对模型进行了测压试验．数值模拟采用ｒｅａｌｉｚａｂｌｅ　ｋ－ε湍流模 型,使用ＳＩＭＰＬＥＣ算法分析了４种工况下贯穿开洞周围风压系数和周围风环境特性．研究结果表 明：风压系数在洞口一侧增大,另一侧减小,影响区域的大小接近洞口尺寸．当风向角与建筑呈４５° 时,洞口内风速达到最大值,可以看出在高层建筑上安置风力发电机能够有效利用风能．     

利用人工植林削减古塔风荷载的风洞试验

高耸古木塔是世界建筑文化遗产的重要组成部分,也是中国古代木建筑的典范。外部风荷载作用是影响古木塔结构安全的重要因素,人工植林可改变古木塔的风场环境,实现削减风荷载作用并缓解风致结构损伤的目的。本文开展了古木塔的风洞试验研究,验证了人工植林技术削减古木塔风荷载作用的可行性。以中国山西应县木塔为原型设计并制作了1：50的大比例刚性木塔模型,开展了在树木遮挡下木塔的风洞试验,考察了木塔的表面风压分布特征。同时,计算了不同树木高度,树木距木塔距离和树木布置宽度等条件下木塔的层间力与层倾覆弯矩,并分析了基底剪力与弯矩的减小率。试验结果表明,在遮挡高度范围内,人工植林可有效减小木塔表面风压。同时在高于遮挡范围的侧风面与背风面,树木也会一定程度地降低木塔表面风压。人工植林树木高度是影响木塔风荷载削减效果的关键条件,树木越高风荷载减小效果越好。分析表明,人工植林应选择高大乔木,并布置在距木塔较近的区域,且树木布置宽度应尽量宽。本文通过风洞试验验证了利用人工植林削弱高耸古木塔的风压与风荷载的可行性,提供了缓解高耸古木塔风荷载作用及风致损伤的新思路,可为高耸古木塔的结构保护提供技术选择。     

矩形建筑双层幕墙的风荷载特征及阵风系数

采用刚性模型风洞试验和内、外层幕墙同步测压技术对矩形建筑的风荷载和阵风系数的分布规律进行详细研究,探讨了内、外层幕墙在不同气流流动区域内的风荷载大小关系.结果表明,涡脱落产生的强大吸力无论是平均风压还是脉动风压均主要作用在外幕墙上,而气流附着及气流碰撞产生的压力主要作用在内幕墙上;双层幕墙的阵风系数随测点和风向角的变化较大,平均风压越小,阵风系数越大,但对于在控制风向角下的最大瞬时风压,其内、外层幕墙的阵风系数均与规范值十分接近。根据试验结果,提出了矩形双层幕墙建筑的内、外层幕墙墙面和墙角体型系数的建议值.     

规则巨型框架表面风压分布数值模拟分析

风荷载对于建筑物来说是一种非常重要的荷载,尤其对高层和超高层的结构设计起着决定性的作用.因此如何准确预测建筑物表面的风压分布,以便进一步研究风荷载对结构的作用就显得非常重要.采用风洞模型试验和数值模拟计算相结合的方法,对规则巨型框架结构的表面风荷载进行了分析和研究.结果表明,采用数值模拟计算,不仅能够满足规则巨型框架结构的表面风压取值要求,而且可以完整地提供建筑物周围的风场环境,可为很多研究提供参考.     

矩形高层建筑顺风向脉动风荷载空间相关性

为研究风场类别、结构特征尺寸及竖向间距等因素对矩形高层建筑顺风向脉动风荷载空间相关性的影响,采用矩形刚性模型表面压力同步测量试验,对顺风向脉动风荷载及脉动风速相干函数空间分布特性进行研究,对矩形模型表面脉动风荷载与脉动风速、迎风面与背风面脉动风压的相关性进行对比分析.根据试验结果,对传统脉动风速相干函数模型进行改进,提出了可计及风场类别、结构迎风面宽度及竖向间距等流场和结构参数的矩形建筑顺风向脉动风荷载相干函数表达式.结果表明:顺风向脉动风荷载的相关性要明显强于脉动风,当矩形断面长边迎风时,迎风面脉动风压相关性低于断面整体风荷载的相关性,背风面脉动风压的弱相关性在间距较小时并不能完全忽略,采用传统脉动风速相干函数模型可能导致脉动风荷载取值偏不安全.     

简谐波叠加法模拟风谱

目的模拟脉动风荷载，在时域内实现数值模拟建筑结构的内力分析和变形计算．方法采用Davenport风速谱并根据Shinozuka理论，应用简谐波叠加法分别模拟了脉动风速、脉动风压和脉动风荷载时程曲线．结果求出了该风谱的功率谱密度和相关函数，并分析了某12层框架结构的顶层位移和加速度反应．证明此方法高速有效，且符合工程精度的要求．结论理论值和实测值的比较结果表明简谐波叠加法是一种正确有效的风荷载分析方法，能够反映结构的基本动力特性，对高层建筑的风振控制有一定的应用价值．     

巨型高层开洞建筑刚性模型风洞试验研究

用缩尺比为1：300的刚性模型对巨型高层开洞建筑进行了风洞测压试验,研究了C类场地、16个来流风向条件下,模型各表面(包括洞口内部)的风压分布特性等,并确定了结构总体风荷载及最不利风向角．结果表明：洞口的设置减小了建筑物所受的总体平均风荷载,但并非洞口越大减小风荷载越多．在建筑物上部开洞,对减小基础所受弯矩非常有利,而在中上部开洞则对减小总体平均风荷载更为有效,并且当风向与开洞方向平行时基础所受的总平均风荷载最小．风荷载沿建筑高度的变化并非按规范中的规律分布,而是中上部大、两端小.     

Ritz-POD法及其在大跨度屋盖结构风振分析中的应用

目的提出在频域内分析大跨度屋盖结构风致动力响应的新方法——Ritz—POD法，克服传统Ritz向量叠加法的不足，完善Ritz向量叠加法在大跨度屋盖结构风振响应分析中的应用问题．方法将Ritz向量叠加法和本征正交分解法（POD）相结合，用POD得到脉动风压的前几阶本征模态及相应的荷载中心频率，生成考虑多荷载空间分布模式及荷载频率影响的Ritz向量．结果利用Ritz—POD法分析一单层球面网壳的风振响应表明，仅用前5阶本征模态就能较好地描述脉动风压的空间分布形式（约为70％～80％），合理确定外荷载空间分布模式的重要性要比考虑外荷载频率影响更为显著．结论用Ritz—POD法能够合理给出脉动风荷载的空间分布模式，并有效考虑外荷载频率对结构动力响应的影响，可用少量阶数的Ritz向量即可得到较准确的风振响应，显著提高了计算效率，并且该方法包含了结构的主要贡献模态．     

基于大涡模拟增设气动措施冷却塔风荷载频域特性

为了研究带气动措施的大型冷却塔风荷载频域特性,采用大涡模拟(LES)技术计算得到不同气动措施下冷却塔外表面风荷载时程,将典型断面的平均和脉动风压与国内外实测及风洞试验结果进行对比,验证了大涡模拟的有效性.对平均风压分布曲线、典型断面涡量图、脉动风荷载的功率谱、相关系数及相干函数等频域特性进行研究,分析不同气动措施对大型冷却塔外表面平均风压流场特性和脉动风压频域特性的影响.结果表明:增设气动措施导致塔筒下部进风口区域平均风压局部增大,以弧形导风板最明显;脉动风荷载能量主要集中在低频区域,迎风面测点脉动风能量相对较大;增设气动措施导致塔筒表面风荷载频谱特性更加复杂,风荷载功率谱出现多个峰值点;迎风区测点之间脉动风压相关性较高,增设气动措施对相关系数影响较大,其中导风板的相关系数均达到了0.62以上;测点之间相干性均表现出随频率上升而增大的趋势,并且频率达到0.4Hz后,相干函数接近1.