大跨干煤棚网壳风振时程分析和等效静风荷载研究

以某热电厂大跨干煤棚网壳工程项目为背景,对开敞干煤棚网壳结构进行了风洞测压试验。基于风洞测压试验所得的脉动风荷载时程数据,开展了大跨干煤棚网壳风振时程分析。分析了不同风向角下是否堆煤对该开敞干煤棚网壳结构风振响应的影响。研究了基于时程计算结果的大跨屋盖结构等效静风荷载计算方法,分析比较了几种常用的风振系数计算公式及其与峰值因子的关系。研究结果表明：考虑Weibull分布峰值因子的局部轴力风振系数能够用于确定合理有效的等效静力风荷载,实现大跨干煤棚网壳结构风振响应的静力等效,且便于工程应用。     

双圆形煤棚风荷载分布研究

近年来,新建煤棚朝着大跨度、轻质量的方向快速发展,是一种风敏感结构,因此对其进行风荷载相关研究具有重要意义。该文以某新建圆形煤棚网架结构为研究对象,通过风洞试验的方法,研究了不同风向角下,在煤棚顶部、底部的风荷载体型系数的分布情况,并分析了两个临近的圆形煤棚之间的风荷载体型系数的相互影响。研究表明:在不同风向角下,煤棚顶部均承受负压。当两煤场之间的距离较近时,两煤棚上的风荷载体型系数相互影响显著。并且发现在两煤棚之间的区域,风荷载体型系数的绝对值相对较小。     

考虑周边建筑影响的大跨煤棚风荷载体型系数研究

为了研究周边建筑对大跨煤棚风荷载体型系数的影响,以某发电厂大跨度煤棚工程项目为背景,采用计算流体力学(CFD)的方法,模拟了4个典型来流风向下结构表面的风荷载体型系数云图。研究了有干扰和无干扰、多干扰和少干扰条件对煤棚风荷载体型系数的影响。结果表明:最大正体型系数出现在结构表面的迎风面,周边干扰使最大正体型系数减小,在一定风向下出现分块现象;最大负体型系数出现在结构顶部或上表面迎风侧的前缘,周边干扰对最大负体型系数的削弱作用较小。     

周边建筑对轻轨站房风荷载的干扰效应研究

以典型轻轨站房为例,利用刚性模型测压风洞试验,研究了周边建筑与站房高度比分别为 0.66,1.08,1.50 条件下,周边建筑对轻轨站房风荷载的干扰效应。风洞试验结果表明,受周边建筑物干扰效应影响,站房受到的水平风荷载减小,当周边建筑物高度不高于站房（高度比=0.66,1.08）时,竖向风荷载亦减小;当周边建筑物高于站房（高度比=1.5）时,在 0°?70°风向区间站房收到的竖向风荷载增大。周围建筑物使得站房周边流场中的湍流成分增加,作用于站房表面的脉动风压亦增大,当周边建筑物高于站房时,脉动风荷载的干扰效应尤为明显,水平向脉动风荷载干扰系数达到 1.8。站房表面极值风压受周边建筑影响较大,尤其是当施扰建筑高度大于站房时,该种情况下,屋盖及墙面极值风压均明显增大,其中,屋盖角区风吸力增大 12.5%,墙面角区风压力和风吸力增幅分别达到33.5% 和 16.7%。     

屋盖开孔的近地空间建筑的平均风压特征

对开孔位置和开孔率不同的7个屋盖开孔近地空间建筑进行了缩尺刚性模型测压试验,分析了屋盖升力系数,屋盖中线测点和立墙测点的点体型系数,以及屋盖的块局部体型系数分布规律,并与当前规范取值进行比较,结果表明:屋盖中心开孔减小了屋盖向上的净平均风吸力,屋盖轴线测点最大正体型系数可达+0.32,中心开孔屋盖设计时应充分考虑正风压作用;屋盖角部开孔时的正风压较中心开孔工况大,对结构受力不利;中国规范对于屋盖中心开孔工况的角部块Ra的局部体型系数取值偏于不安全;屋盖角部开孔后局部块受风的压力作用显著,会导致屋盖的进一步破坏;屋盖中心开孔增大了迎风面立墙正风压86%以上,减小了侧墙和背风面立墙的吸力,使得在全封闭状态下承受风吸力的背风面墙转而承受风压作用。     

大跨柱面网壳结构风荷载试验研究

干煤棚结构一般采用轻质屋面体系,是一种典型的风敏感结构,因此风荷载是结构设计中不可忽视的问题。该文以某热电厂大跨度柱面网壳煤棚工程项目为背景,为了获得准确的用于结构设计的风荷载数据,进行了刚性模型测压风洞试验,考虑了风向角、煤堆以及周边建筑的气动干扰等因素对煤棚体型系数的影响。结果表明:来流风作用在端部山墙上呈90°～120°夹角时,测点的体型系数较大。在90°来流风时,半封闭端部山墙对结构是非常不利的,来流对煤棚顶部会有更大的风荷载。根据研究发现,模型的顶部体型系数相对较大,在建设煤棚时应对其顶部进行加固。     

“四肢伸展型”大跨屋盖风致响应分析

本文基于刚性模型风洞测压试验结果,对深圳机场T3航站楼这一“四肢伸展型”大跨屋盖结构采用平稳激励下随机振动模态叠加法（CQC法）进行计算,分析了结构风致响应,并讨论了等效静力风荷载的分布特性。计算结果表明,“四肢伸展型”大跨屋盖各部分之间的气动干扰效应非常强烈且相当复杂,将增大整体结构上的风荷载;抗风设计时,不仅要注意屋盖边缘悬臂处的位移,还要关注结构中部的节点位移;风致响应以静力响应为主,但动力响应中,共振响应一般大于背景响应。以上分析可为类似大跨屋盖结构的抗风设计提供一定的参考。     

下击暴流作用下菱形马鞍面屋盖风压特性

设计制作了菱形马鞍面大跨屋盖结构缩尺模型,通过风洞试验探究了下击暴流作用下菱形马鞍面屋盖表面风压特性.探究了冲击射流装置到模型的径向距离和风向角对屋盖上不同区域平均风压的影响,试验结果表明:最大分区平均风压系数出现在径向距离为1.25Djet(Djet为喷口直径)、风向角为0°的工况;来流方向上屋盖檐口的3个区域平均风...     

体育场馆建筑群风荷载相互干扰效应数值模拟研究

大跨度体育中心屋盖多为复杂曲面,且由多个场馆建筑组成,作用于场馆群屋盖的风荷载相互干扰效应在荷载规范中没有明确给出要求,风荷载的确定需要借助风洞试验或CFD等手段的帮助,鉴于此,应用数值模拟方法,基于FLUENT平台采用剪切应力运输k-ω模型(简称SST k-ω模型)对大跨度体育场馆群屋盖风荷载分布和相互干扰效应进行数值模拟。分析了不同干扰因素(包括不同风向角、体育场开口方向及体育场馆之间相对位置)的影响下,体育场对体育馆屋盖结构风荷载的影响,分析其相应的干扰机理。结果表明:不同干扰影响因素的风压系数干扰因子IF值大多数小于1.2,约95%的IF值小于1,处于遮挡区域内;约5%的IF值大于1,处于放大区域内;风向角为270°时,体育场对体育馆的干扰影响最显著;体育场开口较体育场无开口时的体育馆屋盖结构表面风荷载放大干扰现象显著,放大将近1.75倍。当Sx减小时,干扰因子IF值增大,体育馆受体育场放大干扰效应越显著。当Sy增加时,干扰因子IF的最大值在逐渐减小,表明体育馆屋盖结构表面的风压系数在减小。     

肋条对仿古悬挑屋盖风荷载特性的影响

肋条是仿古悬挑屋盖最常用的建筑装饰。以APEC2014峰会主会场雁栖湖会展中心为例,采用测压风洞试验的方法,讨论了肋条对该类仿古悬挑屋盖风荷载的影响。结果表明:在屋盖前缘分离区,肋条对特征湍流影响较小,但能够加速特征湍流在能量传输过程中的衰减,对后缘再附区风荷载有一定影响;肋条对仿古悬挑屋盖主体结构抗风设计起控制作用的径向条带弯矩系数均值影响很小,但对其根方差有一定影响,肋条减小了条带承受脉动风荷载的极值;对屋盖围护结构抗风设计起控制作用的极值风吸力而言,不设置肋条光滑表面的极值风荷载特征值与肋条上基本相同。     

典型体育馆屋盖表面平均风压特性及干扰效应风洞试验研究

为了满足沈阳市铁西新区体育馆的抗风安全需要，进行了表面风压分布特性风洞实验研究。详细介绍了试验所采用的主要技术参数和基本的数据处理方法；对比研究了在有、无临近建筑物干扰情况下的体育馆屋盖表面风压分布的等值线图和结构典型测点在不同风向角下的风压变化规律。结果表明，当施扰建筑位于上游时能减小风对体育馆屋盖的升力作用，在平行位置将增加对屋盖的升力作用，在下游时可减少对屋盖的升力作用。     

大跨屋盖结构风振响应参数灵敏度分析

对典型大跨屋盖结构风振响应开展参数灵敏度研究,目的是定量评估各种不确定因素对结构风振响应不确定性的贡献率,获得不确定性在风荷载与风振响应间的传递规律。首先结合Sobol'方差分解法和拉丁超立方抽样技术建立适用于大跨屋盖结构的全局灵敏度分析方法,通过多次采样风洞试验获得大量脉动风荷载时程,作为灵敏度分析的输入变量。合理建立结构参数概率统计模型,分别应用局部和全局灵敏度分析方法对典型大跨屋盖结构极值风振响应进行了参数灵敏度分析,研究发现:多个参数共同随机变化时,结构极值风振响应近似服从广义极值分布;结构风振响应的不确定性主要受风荷载不确定性控制;结构风振响应的参数灵敏度与共振响应在总响应中的比重有关,共振响应占比越大,结构对风荷载越敏感。     

大跨索屋盖结构风振动力计算新方法研究

大跨索屋盖结构风振动力响应复杂,传统采用等效静力风荷载计算其风致振动响应的适用性一直是当前大跨结构研究的热点。针对下凹型(单层马鞍形索网)和上凸型(轮辐式双层索网、索穹顶、弦支穹顶)四类典型大跨索屋盖结构,以四类结构风洞试验测试数据为基础,结合最近邻点插值方法研究提出了基于节点动力风荷载(模式一)和面组分区动力风荷载(模式二)两种荷载取值计算模式及其计算流程,并与传统基于等效静力风荷载的取值计算模式(模式三)进行对比,在四种不利风向角下探究四类典型索屋盖采用三种荷载取值模式时的风致振动响应。结果表明,基于模式一与模式二计算得到的索屋盖结构风振响应均较模式三要高,采用节点风荷载的取值计算模式一能更为精确地反映屋盖结构实际承担的风荷载,有效表征屋盖结构的实际风振响应;在上下游均无临近场馆影响下,下凹型和上凸型索屋盖的平均和脉动风振位移响应云图总体分布规律较为一致,但响应大小变化规律不一,下凹型呈现中间大、周边小的逐渐递减的规律,而上凸型屋盖呈现中心区域小、中间环带大、周边再次下降的变化规律。     

椭圆形体育馆悬挑罩棚风荷载分布规律的试验研究

大跨度体育场馆轻质罩棚对风荷载往往比较敏感,风荷载成为此类结构设计的控制荷载之一。为了满足工程设计与试验研究的需要,该文对复杂体型体育馆进行了刚性模型测压试验,同时考虑了风向角对风荷载体型系数的影响,经过计算分析得到了不同风向角下结构表面的体型系数分布。研究结果表明:罩棚顶部大部分区域为负压且顶部的波浪造型对风压分布有明显的影响;同时分析出围护结构风敏感区域及风吸力最大值,对结构抗风设计提供了重要依据。     

基于应变能等效的大跨屋盖结构背景响应等效静力风荷载

根据结构应变能等效,推导了大跨屋盖结构背景响应等效静力风荷载表达式,解决了大跨屋盖结构等效静力风荷载计算中需要兼顾多个等效目标的问题,并赋予了其明确的物理意义,即将其与脉动风荷载下结构的应变能联系起来.最后将该方法应用于国家体育场屋盖结构背景响应等效静力风荷载的计算以验证其有效性.     

两种类型干煤棚的表面风压与整体风荷载对比EI北大核心CSCD

通过测压风洞试验对比三心圆型和子弹头型干煤棚的风压分布和整体风荷载,分析两类干煤棚体型系数随风向角的分布,将干煤棚的体型系数与规范值进行对比,比较两类干煤棚随风向角的整体风荷载,给出子弹头型干煤棚中间与两侧的整体力系数。研究表明:三心圆型干煤棚在墙面正迎风情况下屋面迎风侧负压较大,中间及背风侧负压较小;两类干煤棚的极值负压均出现在斜风向的顶部附近;侧面正迎风情况下GB规范的正压小于试验值,AIJ规范和EN规范的负压大于试验值,体型系数随角度变化剧烈,规范中分段体型系数表达并不合理,提出基于三角函数的体型系数拟合公式;三心圆型干煤棚升力系数小于同样矢跨比的子弹头型;从设计控制角度三心圆型干煤棚的整体平均风荷载小于子弹头型。     

大跨屋盖结构多目标等效静力风荷载

为解决大跨屋盖结构等效静力风荷载计算中存在的多个响应目标等效问题,对多目标等效静力风荷载分析方法进行了研究。根据结构风振响应特性,基于LRC法基本原理推导了构造大跨屋盖结构多目标等效静力风荷载的基本分量,包括背景分量、共振分量及其二者的耦合项分量,该基本分量能够实现与风振响应各分量的完全对应。在此基础上,建立了多目标等效静力风荷载的求解方程,同时为限制奇异荷载的出现,引入了边界条件方程,据此求解得到了能够满足大跨屋盖结构多个响应目标的等效静力风荷载。为提高精度,还根据目标响应与静力响应间误差对求得的多目标等效静力风荷载进行修正。最后,采用所提方法对国家体育场大跨屋盖结构多目标等效静力风荷载分析计算表明,所得等效静力风荷载作用下结构静力响应与多目标响应吻合较好,验证了所提方法的有效性。     

基于风压谱和Hermite模型的大跨干煤棚风压场数值模拟研究

大跨干煤棚表面风荷载脉动特性较为复杂,通常需要风洞试验确定。基于四参数风压谱模型和Hermite变换关系,提出了大跨干煤棚随机风压场的数值模拟方法,对非高斯风压场进行高效模拟;同时在该方法中引入基于非高斯数字特征的误差控制参数,能够在给定精度要求的条件下修正模拟结果;利用某大跨开敞式干煤棚网架结构的刚性模型高频测压风洞试验数据,得到了大跨干煤棚表面各区域风压谱模型的四个参数,并采用该方法开展了大跨干煤棚非高斯风压场的数值模拟。通过数值模拟结果和风洞试验结果在时域和频域内的对比,验证了方法的有效性。     

单坡光伏车棚风洞试验研究

对屋面倾角10°、20°和30°的单坡光伏车棚进行缩尺刚性模型测压风洞试验,研究倾角和有无停车对屋面整体体型系数、平均风压系数、极值风压系数和局部块体型系数的影响规律,与当前国家规范取值进行比较。结果表明,单坡光伏车棚上半区屋面主要承受风吸力作用,下半区屋面主要承受风压作用,最不利整体风荷载试验值比规范取值小20%左右;屋面整体平均风荷载和屋面各分块承受的风荷载随屋面倾角的增大而增加,上屋檐角部分块为最不利风吸力发生位置,下屋檐角部分块为最不利风压发生位置;停车会增大上半区屋面风吸力约10%,减小下半区屋面的最不利风压作用约70%。     

大型客运码头风荷载特性和风环境分析

采用刚性模型测压风洞试验与CFD数值模拟相结合的方法,对大型客运码头风荷载特性和风环境进行了分析。结果表明,CFD数值模拟得到的码头屋盖风荷载分布与试验结果相吻合,能够用于模拟复杂建筑群的绕流;客运码头建筑物的布置形式对其屋盖风荷载影响较大,降低屋盖下方附属建筑物的高度,可以有效缓解气流在屋盖前缘的分离,减小作用于其上的风荷载。码头风环境分析结果表明,建筑物对气流的干扰作用是引起风加速的主要原因,算例客运码头的风环境问题较为突出。