输电塔角钢杆件阻力系数及背风面遮挡效应研究

统计分析104个塔身和20个横担节段的几何参数,确定输电铁塔杆件所在平面与铅垂面夹角β的分布范围为0°～15°。基于三维空间风向角下输电铁塔角钢杆件足尺模型风洞试验,获得夹角β=0°～15°(间隔1°)、风向角θ=0°～180°时(间隔5°)的热轧、冷弯单角钢及双拼角钢的风荷载阻力系数,建立输电铁塔角钢风荷载阻力系数数据库及考虑夹角β的修正方法。输电铁塔杆件间距比B/b的分布为7～70,通过风洞试验和CFD仿真分析,确定输电铁塔角钢杆件间距比B/b对背风面杆件风荷载遮挡效应的影响,提出单角钢、双拼角钢背风面风荷载降低系数ηm与间距比B/b的关系曲线。研究结果以期为基于单根杆件阻力系数的输电铁塔及其他高耸桁架结构的风荷载精细化计算提供参考和依据。     

钢管-角钢组合输电铁塔塔身风洞试验研究

通过对典型钢管-角钢组合塔身在15,20 m/s来流风速下的风洞试验,得到了11个风向角下塔身的风轴阻力系数,分析了钢管-角钢组合塔身角度风系数、横线向和顺线向风荷载分配系数,构造了角度风系数函数,并通过非线性拟合分析确定了拟合参数。将试验确定的钢管-角钢塔身角度风荷载计算参数与国内外相关规范值进行了对比分析,提出了钢管-角钢组合塔身角度风系数和荷载分配系数的取值建议。风向角为30°时的钢管-角钢组合塔身风荷载最大,且角度风系数关于45°风向角对称。横线向分配系数和顺线向分配系数的试验曲线与国内外相关规范规定曲线的趋势基本一致,分别在风向角为20°和70°时达到最大值。     

某高校主楼屋顶权杖结构抗风性能研究

为保障某高校主楼屋顶权杖结构的抗风安全性,对其进行了刚性模型风洞测力试验研究。分析了升、阻力系数及升、阻力矩系数随风速及风向角的变化规律。结果表明,升力系数均值在0附近,升力系数均方根均在0.1附近,而0°风向角下,阻力系数均值的变化范围为1.25~1.41,阻力矩系数均值在0.8附近;90°风向角下,阻力系数均值的变化范围为0.98~1.15,阻力矩系数均值在0.6附近。通过贴砂纸来改变表面粗糙度,探讨了表面粗糙度对横风向振动的影响,发现漩涡脱落频率和斯托罗哈数随着表面粗糙度的增加而减小,说明表面粗糙度会影响漩涡脱落规律,改变漩涡脱落频率,但是升力系数均方根随风速变化较小,未出现突然增大的现象,即未出现涡激共振。此外还研究了缠绕金属线对结构气动特性的影响,发现缠绕金属线对漩涡脱落频率、斯托罗哈数和升力系数均方根的影响不大,说明缠绕金属线没有改善结构气动性能。     

全风向角下二维切角方形桥塔气动措施数值模拟

采用SST K-ω湍流模型,对二维切角方形桥塔气动措施进行了全风向角下的CFD数值模拟研究,雷诺数为5×10~4。分析了添加气动措施对桥塔气动力系数、横风向气动力频谱、斯托罗哈数的影响,并与试验结果进行了对比,二者吻合较好。研究结果表明,风向角α≤25°,升力系数呈下降趋势,添加翼板会显著增大桥塔升力系数;α25°,升力系数呈上升趋势,添加气动措施对桥塔升力系数没有影响。添加气动措施后桥塔阻力系数会增大,最小阻力系数出现在5°～10°风向角范围内。不同风向角下的模型涡脱方式不同,包含的涡脱频率也不同,漩涡脱落不一定是单纯的正弦现象。添加气动措施会减小模型St数,最大St数出现在5°～15°风向角之间。     

地貌类型和长宽比对平屋面建筑风荷载的影响分析

通过风洞试验研究了地貌类型和建筑物平面长宽比对平屋面建筑平均风压系数、均方根风压系数、极值风压系数、屋面平均升力系数的影响规律,研究结果表明:地貌类型对平均风压系数影响较小,对均方根风压系数、极值风压系数影响显著,对于与模型短边正交的风向角下,C类地貌下典型断面迎风分离区均方根风压系数最大值约为A类地貌的1.5倍,A、B、C类地貌条件下典型断面的再附点距迎风前缘的距离分别为0.7H、0.4H、0.3H(H为模型高度);建筑平面长宽比对风压系数的影响较小,增大沿风向方向的建筑物长度,屋面更多区域处于气流再附后区域,平均升力系数幅值减小;地貌类型和长宽比对屋面角部区域全风向极值风压系数影响较大,对中间区域影响较小,对于角部区域,C类地貌下的极值风压系数较A类和B类地貌的明显偏大,长宽比为2.5模型的极值风压系数明显较长宽比为1.5和2.0模型的大,增幅均在20%左右。     

考虑气动阻尼的窄基塔风振系数分布规律研究

为研究考虑流固耦合影响时窄基角钢塔风振系数分布规律,选取一直线塔为研究对象。通过引入气动阻尼以考虑流固耦合的影响,采用时程分析法、《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2012)中的方法和频域分析法计算0°和90°风向角的风振系数,对比采用不同方法时考虑与不考虑气动阻尼的结果以确定规律。经分析可得出结论：(1)气动阻尼对窄基塔风振系数的影响不可忽略,且随高度增加而更加显著;(2)呼高范围内输电塔风振系数沿高度近似线性变化,呼高以上部在横担和地线支架处发生突变,大于同高度塔身处的数值,《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2012)中的方法得出的结果不能反映该特点;(3)时程分析法和频域分析法求得0°和90°方向风振系数具有相似的分布规律,时程分析法的风振系数整体加权值小于频域分析法的结果,0°风向角的风振系数整体加权值大于90°风向角的结果。     

不同风向角下方柱气动特性的风洞试验研究

基于刚性模型测压风洞试验,分析了0～45°范围内不同风向角下方柱的气动特性,得到了方柱的平均风压分布、脉动风压分布、平均气动力、脉动气动力、旋涡脱落特性和驰振稳定性随风向角的变化规律.结果 表明:方柱的平均阻力系数和平均升力系数随着风向角的增大均先减小后增大,最后趋于平稳,在15°风向角附近取得最小值;方柱的脉动阻力系数基本不随风向角的变化而变化,脉动升力系数在风向角由5°增大到10°时急剧减小;方柱的斯托罗哈数随着风向角的增大呈小幅波动,在5°和15°风向角附近分别取得极小值和极大值;0～ 10°为方柱的驰振不稳定风向角范围.     

错列圆柱的三维大涡模拟

文章基于计算流体力学软件FLUENT,采用大涡模拟中的WALE亚格子模型对Re=3900不同风向角下的双圆柱绕流问题进行了三维数值模拟,研究了双圆柱的涡脱形式,获得了尾流相对速度与风压系数的分布曲线,得到了三分力系数以及Strouhal数随风攻角的变化规律,通过对云图的分析,探讨了风向角为8°时出现升力峰值的原因。计算结果表明:对于中心距为3D的错列圆柱,存在一个临界风向角,以该角度为分界点,圆柱之间流体会出现两种不同的流动形态,当α8°时,柱体之间的漩涡破碎程度较高,导致升力系数与阻力系数时程曲线变化紊乱;当α8°时,两圆柱尾涡会相互融合,使得升力系数与阻力系数时程曲线变化更具规律性;当α=8°时,由于分离泡、间隙流与边界层分离的共同作用,导致下游圆柱的升力系数出现最大值。     

防风网对大跨气膜煤棚气动性能影响效应研究

为了明确防风网的布置形式对煤棚结构风荷载的影响,以某发电厂大跨气膜煤棚项目为工程背景,通过风洞试验研究了防风网透孔率为40%时在不同的高度和间距状态下对结构体型系数、脉动风荷载功率谱的影响,得到了不同遮挡效应下结构体型系数随风向角的变化规律.结果表明：在煤棚周围布置防风网后,结构表面体型系数绝对值有所减小;防风网高度相同时,结构体型系数随着布置间距增大而减小;防风网布置间距一定时,结构体型系数随高度增加呈减小趋势.布置防风网后结构表面测点的脉动风荷载功率谱峰值增大,谱峰宽度减小.风向角为90°时,防风网的遮挡效应最为显著,煤棚表面分区体型系数降低约65%.     

平面拱形桁架等效静风荷载研究

对矢跨比分别为1/4、1/6、1/8的3个拱形屋面进行了同步测压风洞试验,分析风荷载和结构参数对平面拱形桁架风振响应和等效静风荷载的影响规律。风洞试验结果表明, 0°风向时,高矢跨比屋面的最大负压幅值出现在屋顶,而低矢跨比的出现在迎风前缘。从方便工程应用的角度,采用简化振型函数表达针对结构多个位移和杆件应力响应的多目标等效静风荷载。在工程常用范围内,分析结构矢跨比、跨度、屋面质量、设计风速和风向等参数对中部和端部平面拱形桁架多目标等效静风荷载的影响,得到可用于指导该类结构抗风设计的等效静风荷载风压系数建议值,且经校核,在该等效静风荷载作用下的结构响应与实际动力响应极值吻合较好。     

考虑雷诺数效应的斜拉索气动力试验研究

由于大跨度斜拉桥斜拉索的风荷载在全桥风荷载中占很大比重,因此准确掌握斜拉索的风荷载对大桥的设计工作是十分重要的。通过风洞试验,测试斜拉索的阻力和升力,得到力系数随雷诺数的变化规律,证实在临界雷诺数区域有平均升力的产生,其最大升力系数远大于此雷诺数时对应的阻力系数,忽略升力的存在可能导致斜拉索风荷载的计算结果偏小;将阻力系数和升力系数合成为合力系数,并与规范值比较,发现只有当雷诺数超过一定数值之后,规范的算法才是安全的,雷诺数小于此值尤其是在临界雷诺数区域,合力系数比规范值超出较大。针对苏通长江公路大桥和南京长江第二大桥,利用试验结果和规范值,对斜拉索的风荷载分别进行计算分析,发现利用本文方法计算的合力并不随风速的增大单调增长,而是在一定的风速时取得极大值;利用静阵风风速计算风荷载,按桥规计算的结果在某些情况下偏小,建议规范适当考虑气动升力对斜拉索风荷载的贡献。     

典型超高层建筑风荷载幅值特性研究

本文对10个典型的超高层建筑刚性模型进行了测量表面风压的风洞试验,获得了各测量层的阻力、升力和扭矩系数的平均值和根方差。讨论了各测量层风荷载系数随风向角的变化规律,以及高宽比和断面长宽比对方形及矩形建筑风荷载的影响。结果表明,倒角方形、Y形和三角形建筑的风荷载均小于方形与矩形建筑;方形建筑高宽比的增大导致升力系数的根方差明显增大;矩形建筑断面长宽比的增大则使阻力系数的平均值、根方差减少,而升力系数的根方差增大;D类和B类风场中的平均气动力系数相近,而D类风场中脉动气动力系数的根方差大于B类风场。     

Experimental study of the wind forces on rectangular latticed communication towers with antennas

With today's expanding communication systems, a large number of lattice towers to support cellular antennas are being constructed in Brazil. Due to the lightweight of these structures, wind forces are the primary concern in the design. An experimental investigation on the subject was carried out at the Boundary Layer Wind Tunnel Laboratory, University of Western Ontario (UWO), Canada. Three section models were designed and constructed based on existing latticed towers built in Brazil. The wind incidence angle; the tower solidity; the shielding effect; the influence of the wind turbulence on the drag coefficient were analyzed. Measurements were made of the mean and RMS drag and crosswind forces. The results were compared with some existing codes and standards including the Canadian (NBCC, 1995), American (ASCE 7-95, 1995), Australian/New Zealand (AS/NZS 1170.2-2002), Australian (AS 3995-1994), British (BS8100, 1986), Eurocode 1 (European Committee for Standardization, 1995) and Brazilian (NBR 6123, 1988). It is a common approach to consider the wind forces on antennas independent of the lattice tower, without considering the effects of their presence on the computation of the wind forces. The question arises whether this is a good approach or not. These effects can be described by introducing an interference factor. This factor depends, among other things, on the tower solidity. Two models with different solidity were tested for wind incidence angle of 0 degrees and antenna dishes simulated with disks made of Styrofoam attached to the windward face. The results were compared with ESDU.     

苏州太湖国际会议中心大跨度钢桁架结构设计

在大跨度钢桁架结构设计中,采用倒放H型钢能够充分发挥桁架承受轴向力的优势;采用变高度桁架,在优化结构受力性能的同时满足建筑退台高差的要求。详细介绍了苏州太湖国际会议中心层2和层4钢桁架结构设计全过程,分析了大跨度钢桁架结构变形对支承型钢柱及整体结构的影响,并提出了钢桁架支承型钢柱及后连框架梁应考虑水平力对其不利影响。支承型钢柱按考虑桁架变形后实际内力复核配筋,后连框架梁按拉弯构件计算配筋,且构造上将上部纵筋全部贯通,以确保关键构件结构安全。     

典型超高层建筑风荷载频域特性研究

在边界层风洞中对10个典型超高层建筑模型进行了测压试验,获得了测点层的顺风向、横风向和扭转风荷载,对风荷载的功率谱、相关系数和水平、竖向相干函数进行了细致分析。得出以下结论:方形建筑阻力系数谱的峰值频率基本上与来流纵向风谱保持一致,升力系数谱的频带随着地面粗糙度的增大而变宽,能量减小,扭矩系数功率谱的能量随紊流度的增加而增加;矩形建筑长边迎风时,升力和扭矩系数谱均表现出很强的旋涡脱落特征,斯特罗哈数约为0.11,短边迎风时,升力和扭矩系数谱的频带明显变宽,峰值频率降低;升力和扭矩系数的相关性比较强,而阻力系数和升力系数、扭矩系数之间的相关性则相对小些;在旋涡脱落频率附近,升力系数和扭矩系数的相干性都明显增强。     

单次张拉预应力空间立体钢桁架的归并优化设计

基于拉索式空间预应力钢结构优化分析的计算方法，进一步得到了张拉预应力空间钢桁架归并优化计算模型．利用该模型可根据实际设计需要对索张拉空间预应力钢结构单元进行任意的归并优化．本文利用所建立的优化方法对工程中有应用前景的三角立体钢桁架结构进行了优化分析，并讨论了不同参数变化对优化结果的影响，同时结合相应非预应力结构的优化结果进行了对比分析。为工程应用提供了一定的参考依据．     

弹簧限位抗震支座在五棵松文化体育中心体育馆大跨钢屋架设计中的应用

五棵松文化体育中心体育馆为2008北京奥运会篮球馆,钢结构屋架跨度为122.3m,采用了非等高(6.3~9.3m)双向正交钢桁架体系。桁架结构支承在周边20根钢筋混凝土柱上。除与四角柱为双向固定铰接外,钢屋架与其它柱在平行于桁架方向采用了有弹簧限位的滑动支座,垂直于桁架方向为固定铰接。滑动支座有效地控制了屋架传给承重柱的推力,尤其在地震作用下。在考虑竖向荷载组合、多遇地震荷载组合和设防地震荷载组合的情况下,均能满足承载力极限状态和正常使用极限状态要求。     

广州新白云机场航站楼玻璃幕墙索结构的受力性能分析

索桁架支撑的点式玻璃幕墙具有建筑上美观、视觉通透性好等诸多优点 ,但它的结构刚度较小 ,是一种风敏感结构。通过对此种结构的静力及脉动风激励响应分析 ,表明增加水平桁架可以显著的提高结构的整体刚度 ,减小结构的顺风向挠度     

圆角化方形截面高层建筑风荷载特性试验

对圆角率为25%的正方形高层建筑刚性模型进行了测压试验,并对其风荷载特性进行了研究;分析了三分力系数和基底力矩系数随风向角的变化规律,给出了阻力系数平均值、根方差值和升力系数根方差值拟合结果;分析了最不利风向角下的风荷载功率谱,并采用经验公式进行拟合;分析了体型系数并与规范中正方形体型系数进行了对比。结果表明:对正方形建筑角部进行圆角化处理能明显降低建筑风荷载,且消除了功率谱曲线谱峰尖而窄的单峰现象,从本质上改变风荷载特性,有利于主体结构的抗风设计;角部区域负压较大,对幕墙抗风设计不利。