虎门二桥桥位处风场特性观测研究

采用现场实测的方法对虎门二桥桥位处的风场特性进行分析研究。于桥位附近建立一座80m高的测风塔,在三个年度观测期间,获取了平均风场完整观测资料以及影响桥位测风现场的强台风过程的脉动风场观测数据,并综合考虑附近参证测风站的长序列测风资料,推算得到桥位区距海平面不同高度各重现期风速。研究结果为静风荷载计算、颤抖振分析及主桥风洞试验等进一步的抗风安全性研究提供了依据。     

深切峡谷桥址区风场空间分布特性的数值模拟研究

以大跨度山区悬索桥为工程背景,针对深切峡谷桥址区复杂的地形地貌,应用CFD商业软件FLUENT进行区域地形风场数值模拟分析,通过多工况的计算分析,揭示了复杂地形地貌桥址区空间风场的分布特征,对比分析桥址区风速沿竖向和沿主梁方向的变化特点,确定不同攻角情况下桥面风速及其与梯度风速的比值关系,并根据风洞试验及风致响应分析的需要,提出以包络线表示的风速-风攻角对应关系。研究表明,深切峡谷桥址区风场特性复杂,具有明显的三维特征,与跨海及跨江大桥桥址区的风场特性存在明显差异。研究结论为桥梁设计风速确定及进一步的抗风设计提供依据。     

基于多场参数相关台风工程模型的上海地区台风设计风环境研究

结合台风在我国沿海登陆过程风场参数实测数据拟合模型,拟合参数包括台风几何尺度场(最大风速半径Rmax)和气压分布场(径向气压系数β)等,提出了适用于我国东南沿海区域的考虑多个场参数之间相关性的台风风场改进数值模型。以上海市崇明岛侯家镇气象站1971—2015年间57次台风全过程连续实测记录为参考依据,通过对比台风最大风速的模拟与实测结果,优化了气象站场地地表粗糙高度z0=0.095 m,并结合台风路径历史观测资料和场参数之间概率相关性的实测拟合关系,利用台风工程模型再现了气象站四次典型较强台风风速发展过程,最大风速的相对误差在12%以内,证明了模型应用于台风最大风速预测的可靠性。采用Monte-Carlo台风随机模拟方法和抽样越界峰值法,计算了台风气候模式侯家镇和以上海为代表中心区域典型工程场地的设计基本风速和平均风剖面,获得侯家镇和上海B类场地(z0=0.05 m)百年一遇10 m高度10 min平均风速分别为31.51 m/s和37.46 m/s,标准差为2.05 m/s和2.66 m/s,同时比较了三种不同风剖面拟合模型,给出了四类典型地貌下台风气候风剖面拟合关系。     

北京郊外近地面风场特性实测研究

基于北京延庆县某一近地风剖面观测点,观测获得了近地面冬季季风剖面实测数据,研究了近地风剖面的平均风速和风向角、湍流度、阵风因子、相干函数、湍流积分尺度和功率谱密度等风场特性参数,并与现行欧洲、美国、日本等相关国家规范进行了对比分析。研究结果表明：实测风速沿高度的变化规律除3.5m高度外,12.5m高度范围内实测结果与各国规范值基本符合;随着高度的增加,湍流度和阵风因子呈逐渐减小的趋势;实测湍流度结果与欧洲、美国、日本等相关规范湍流度取值较为接近,而与GB 50009-2012《建筑结构荷载规范》差异较大;10m高度范围内顺风向、横风向湍流积分尺度随着高度增加而增大,随着平均风速增大而增大,实测湍流积分尺度结果与国外规范值存在一定差异;随着测点间距增大,竖向相关性的衰减系数明显增大,且实测衰减系数结果与Davenport建议的衰减系数有明显差异;10m高度范围内各高度处的实测功率谱密度曲线基本一致,与已有经验谱有一定差异,但与Devenport谱接近。     

温州地区近地强风特性实测研究

为研究我国沿海地区的近地强风特性,基于设置在温州大学的风场观测点(离地约30m高),对台风“海鸥”影响温州时的风场状况进行了监测,获取了台风期间近地风场的实测数据。通过对台风影响过程的风速和风向、湍流度、阵风因子、湍流积分尺度、脉动风速功率谱密度函数和空间相干性等参数的分析,研究了台风“海鸥”影响温州时的近地风场特性。结果表明：台风“海鸥”的湍流度和阵风因子较大,顺风向和横风向湍流度接近;顺风向与横风向湍流积分尺度的均值分别为70.4m和66.6m;实测风速谱与von Karman谱基本符合;实测两点的脉动风速空间相干系数在零频率处与Shiotami经验公式计算结果一致。     

强台风“黑格比”登陆过程中近地风场特性

为准确研究低矮房屋的风载特性,基于建造在强台风"黑格比"登陆地点的低矮房屋原型实测房,对强台风"黑格比"登陆的全过程进行了监测,获取了在强台风登陆过程中近地风场及实测房屋表面风压的实测数据。通过对台风登陆过程的风速及风向、阵风因子、湍流度、湍流积分尺度和风速谱等参数的分析,研究了强台风"黑格比"登陆时的近地风场特性,同时介绍了实测房屋及测压系统。结果表明:强台风"黑格比"的最大瞬时风速达到56.7/s,10m in最大平均风速为40.2m/s;台风登陆前,风速及风向脉动变化很大;台风登陆后,湍流度及阵风因子明显减小;风速变大,阵风因子与湍流度有减小的趋势;实测风速谱与von Karman谱吻合较好。研究结果将增进对强台风近地风场的理解和认识,可为今后改进低矮房屋的抗风设计提供参考。     

地铁站台疏散通道断面风场特性研究

针对规范中对地铁站台疏散通道断面（楼扶梯口处）仅给出风速限制的现状,采用计算机模拟和现场测试相结合的方法,对断面风场特性进行研究。站台公共区火灾排烟工况下,该断面风速呈现出沿高度方向的典型分层现象,自下而上分别为边界区、主流区、衰减区、回流区。人员活动大部分位于主流区,其内部风速为 3~6 m/s,有利于抑制烟气蔓延、补充新鲜空气。研究发现由于向下气流的渐扩效应在该断面顶部产生小面积回流,其对火灾烟气的潜在卷吸风险值得注意,并应在风速测试中判别气流方向。     

山区峡谷高墩刚构桥施工期风荷载研究

为确保高墩大跨钢构桥在山区峡谷中的施工安全,对高墩大跨度悬臂现浇桥受风荷载的影响进行研究。根据山区峡谷的地形数据建立峡谷的三维数值模型,基于计算流体力学进行峡谷风场数值模拟;并通过现场实测风速修正峡谷计算模型,并利用计算流体力学软件模拟计算峡谷风场中桥梁表面的风压值、风速值等风场特征。     

台风作用下输电塔塔周风场与动力响应实测分析

通过安装于台风中心的输电塔监测装置获取的实测结果,分析了台风“海马”经过期间塔身所处位置的风场特性及其动力响应特征。测试和分析结果表明：台风登陆前后,处于风眼区域的塔身位置处风向相反,登陆时刻的风速明显减小。台风经过期间湍流度和阵风因子均随风速增大呈现明显的非线性减小。10min平均风速大于10m/s后,顺风向湍流度稳定在20%~40%之间,阵风因子小于2.0。塔身位置处的顺风向脉动风速谱相较von Karman经验谱,其低频段吻合较好,高频区域能量明显偏低。不同风速下的塔线体系频率和阻尼相对稳定,对于1阶弯曲,横、顺跨线向阻尼比均约为2.5%,其较一般钢结构的偏高。输电线和塔身的耦合共振不明显。实测塔头加速度频谱分析表明塔身横、顺跨线向的1阶整体弯曲模态振动显著,但其模态位移在塔头总振动位移中占比不到10%,表明塔身动位移是以背景分量为主。     

深切峡谷相邻桥址区风速相关性研究

文章以西南深切峡谷山区大渡河上两座相邻的千米特大桥为工程背景,采用FLUENT对桥址区风场特性进行数值模拟,根据桥位附近历史风向记录,设置了24个来流风向工况,明确了上下游两座大桥的特征位置的风速相关性。研究结果表明:同一桥梁的跨中和桥塔在所有工况下横桥向风速均具有良好的线性相关性;对于上下游桥梁,在排除个别特殊工况后,两桥的跨中依然保持良好的风速相关性;最后,研究发现桥塔风速变化规律与跨中基本一致,但相较跨中,桥塔处风速相关性较弱。     

大跨度斜拉桥三维脉动风场模拟

针对大跨度斜拉桥结构形式及振动型态的特点,结合自然风的相关特性,提出了一种简化的三维脉动风速场模拟方法,将实际面状的三维脉动风速场简化为多个线状的一维脉动风速场。基于谱解法,采用互谱密度矩阵Cholesky分解的显式表达,并运用FFT技术,以京沪高速南京长江大桥为工程实例,进行了三维脉动风场的模拟,并对模拟样本进行检验,结果表明模拟值与目标值吻合良好。     

建大教授花园风环境的舒适性评价

针对位于济南郊区的建大教授花园住宅小区的风环境,基于高Re数RNGk—ε模型,借助数值模拟方法,分析预测了冬夏两季,室外平均风速对小区内舒适度的影响。研究结果表明,小区内的风速均小于5m／s,较为舒适,进而也验证了此小区设计合理性。     

赛格大厦振动事件中的大气边界层风场实测与分析

为研究深圳赛格大厦5·18出现的振动问题,根据布置在深圳的两台激光测风雷达捕获到的大气边界层风场实测数据进行分析。结果表明：在赛格大厦振动事件中,深圳上空发生了一次持续约12h的突发风气象事件;建筑顶部300~350m高空范围内最大水平平均风速为9~12m/s;全天水平风向稳定,基本保持在西南偏南风向;在200~350m高度范围,水平方向存在一定风切变;垂直方向风速虽然整体较小,但是大气存在较明显的低空对流运动;整体上,越接近地面,低空对流越强。据此并结合已有的振动观测结果,分析了大厦发生振动的可能原因是特定风况引发建筑顶部桅杆涡激共振,持时较长的平稳风气象条件使桅杆持续不断从脱落漩涡激励中吸收能量,通过大厦钢管混凝土结构传导至建筑主体,进而引发桅杆-塔楼系统的高阶共振响应。     

Reliability analysis of a long span steel arch bridge against wind-induced stability failure during construction

An efficient and accurate algorithm is proposed to evaluate the reliability of long span steel arch bridges against wind-induced stability failure during construction. The algorithm is developed based on stochastic finite-element method. Uncertainties in static wind load-related parameters are incorporated in the algorithm. The proposed algorithm integrates the finite-element method and the first-order reliability method. A long span steel arch bridge with a main span length of 550 m built in China is considered as an illustrative example. Two different construction stages are chosen for reliability analysis. Construction stage I involves the construction process before closure of main arch ribs. At Construction stage II, all remaining parts of the bridge have been completed except the stiffening girder of the main span. Three components of wind loads (drag force, lift force and pitch moment) acting on both steel girder and arch ribs are considered in the study. Results of the study show that the steel arch bridge at construction stage II is more vulnerable to wind-induced stability failure than that at construction stage I. Further, a detailed parametric study show that the variations of wind speed with height, drag force of wind loads, design wind speed at the bridge site and static aerodynamic coefficients have significant effects on the probability of wind-induced stability failure during the construction stages for the steel arch bridge.     

大跨度非对称悬索桥的颤振稳定性研究

为了研究大跨度非对称悬索桥在不同非对称类型下的颤振稳定性,以主跨为628 m的某主缆不等高支承悬索桥为工程背景,基于全模态的三维频域颤振分析方法对悬索桥进行颤振稳定性分析。利用ANSYS建立了主缆不等高支承(支承高差0～40 m)和边跨跨度非对称(边跨跨度差0～40 m)悬索桥有限元分析模型,并编制相应双参数搜索迭代的APDL计算程序进行三维颤振稳定性分析。结果表明:在构造不等高支承悬索桥时,随着支承高差的增大,低阶模态频率变化较小,高阶模态范围逐渐减小; 弯扭频率比随着支承高差增加而不断减少,高差越大弯扭频率比降低越快; 桥梁颤振临界风速随着支承高差增大而不断降低,使得由于主缆不等高支承高差所引起的非对称结构形式对大跨度悬索桥梁结构的颤振稳定性有所降低; 在构造边跨跨度非对称悬索桥时,弯扭频率比随着边跨跨度差增加而减小; 随着支承跨度差的不断增大,悬索桥梁结构的颤振临界风速不断减小,但减小幅度很小,影响不大,在边跨跨度差较小时几乎可以不考虑对悬索结构的颤振稳定性影响。     

热力效应作用下小区风环境风洞试验研究

温度作为影响城市舒适度的主要因素之一,对流场的作用机理到目前为止尚不明确。为揭示温度场对流场的影响规律,基于大尺寸风洞,对不同热力条件下的平均风进行试验研究,得出不同理查逊数R_b作用下的人行高度风速、相关测点顺风向速度和雷诺剪切应力分布并进行详细分析。以长沙市某小区为研究背景,探究了不同热力效应下人行高度风场的分布规律,获取了热力条件下典型测点的相关性系数,并利用超越概率的方法定量评估了热力效应下的小区人行高度风环境。结果表明:在-0.38<R_b<0范围内,空风洞流场随着热力效应增大,在近地面风速增长相对较大,且随着高度的增加其增幅逐渐减缓; 实际中小区人行高度风环境受温度影响整体较小,主要影响集中在风速比0.6以下,最大均方根为0.635,风速比在0.6以上时温度对风速影响效果相对较小; 热力效应对人行高度风场的相关性与舒适度影响较小,其最大影响值分别为8%和3.87%。     

建筑高度对周围风场环境影响的数值模拟

建筑风环境作为建筑节能设计的一个重要方面,其对于区域气候与局部微气候的影响都不容忽视。本文应用基于RNG k-ε模型的CFD软件数值模拟研究不同的建筑高度差对建筑周围风场环境的影响,揭示有利于风流动的建筑因素,为进一步的住区建筑规划提供思路。模拟结果显示,在来流风速一定双体建筑高度差不同时,建筑间谷区风速与形成涡旋的中心位置和大小均不同。     

上海长江大桥风-轨道车辆-桥耦合振动及抗风行车准则研究

为确定上海长江大桥轨道交通车辆的抗风行车准则,将风、车、桥三者视为一个交互作用、协调工作的耦合动力系统,通过风洞试验测定主梁及车辆的气动参数,采用自主研发的桥梁结构分析软件BANSYS进行风-车-桥耦合动力分析计算。计算结果表明:桥梁和车辆的响应随风速的增大而增大,风荷载对行车的安全性和舒适性有很大影响。当风速小于20m/s时,车辆可按设计车速90km/h运行;当风速在20～30m/s之间时,车速不应大于60km/h;当风速超过30m/s时,应封闭轨道交通。     

Study on full-scale measurements of wind effect on super high-rise buildings in Pearl River Delta region during super Typhoon Mangkhut

对超强台风“山竹”侵袭时珠三角地区数栋超高层建筑的风致响应实测结果进行分析和总结，开展内伶仃岛缩尺模型风洞试验，获取该岛对气象站点风速的影响系数，并依此对观测风速进行订正，结合实测和风洞试验分析和评价深圳湾壹号7号塔楼(T7)的抗风性能。结果表明：不同高度、平立面外形的超高层建筑实测风致最大峰值加速度均超过10 cm/s2，且超高层建筑风振响应和建筑高度不存在相关性；在所有被测的建筑中加速度响应最小的建筑为高度342 m的T7，其最大峰值加速度仅为13.2 cm/s2；参数识别得到T7的模态频率和阻尼比显示均具有明显的时变特征，最大风速时段识别的模态频率整体上较有限元数据模拟结果增大21%，前两阶模态阻尼比分别为2.1%和1.7%；优化的气动外形和合理的朝向是T7抗风性能优良的主要原因，对于一般矩形平面的超高层建筑应避免使其窄边面向所在地的强风主导风向；采用订正后的风速值和参数识别结果对风洞数据进行重分析，结果显示计算值和实测值吻合较好，验证了前期风洞试验的可靠性。