多国规范城市地貌风特性关键参数的对比研究

对中、美、日现行荷载规范的城市地貌风特性开展了对比研究。分析了平均时距、地面粗糙度系数、梯度风高度的取值原则,研究了3种规范给定的湍流强度、湍流积分尺度及脉动风速谱经验公式的差异。基于实测结果评估了风特性关键参数的准确性。结果表明,3种规范规定的地面粗糙度系数及梯度风高度均小于实测结果,美国规范预估的湍流强度与实测值最为接近,日本规范的湍流积分尺度及脉动风速谱经验模型与实测结果符合较好,研究结果将为城市地区建筑结构的抗风设计提供技术参考。     

多国荷载规范中阵风荷载因子的比较研究

将我国的《建筑结构荷载规范》(GB5009-2001)与美国(ASCE7-98)、日本(RLB-AIJ2004)、加拿大(NBC1990)和澳大利亚(AS1170.2)几国规范进行了比较研究.首先总结了各国规范所采用的Davenport提出的经典抗风设计方法——阵风荷载因子法(GLF),然后对包括平均风速剖面、湍流强度、脉动风速谱类型进行了比较.美日加澳都将GLF取为一个恒量,相当于"位移风振系数",中国规范中的风振系数却是随高度变化的量,相当于"惯性力风振系数".     

积分尺度和风速谱对桥梁抖振响应影响分析

为研究目前被动湍流风洞试验中无法准确模拟的湍流积分尺度对桥梁结构抖振响应的影响并合理评价风洞试验结果,本文采用抖振频域的计算方法,以典型的一座斜拉桥和一座悬索桥为例,结合主梁节段模型气动力参数风洞试验结果研究了积分尺度对节段模型抖振响应的影响.结果表明:当在小风速时,抖振响应随着积分尺度的增加而减小,而当风速超过一定限值后,抖振响应随着积分尺度的增加先增大后减小;通过对比风洞试验模拟与规范推荐积分尺度的差异,发现风洞试验在小风速时高估了抖振响应,而在大风速时则低估了抖振响应.本文还分析了各国规范中采用的几种水平和竖向风速谱对抖振响应的影响,结果表明几种水平向风速谱对抖振响应的影响可忽略不计,而不同竖向风速谱计算的抖振响应则存在一定差别.     

坝陵河峡谷脉动风特性实测研究

利用现场实测方法对坝陵河大桥桥址区峡谷地貌的自然风紊流风特性进行研究,经过对实测数据的统计分析,得到峡谷处的阵风因子、紊流强度、紊流积分尺度以及紊流功率谱函数等强风特性.分析结果表明:峡谷地貌的自然紊流风的阵风因子、紊流强度都要高于平原地貌的值;顺风向、水平横风向和竖向脉动风速沿顺风向x轴的积分尺度的平均值分别为158m、94m和42m;对于顺风向脉动风速谱,Simiu经验公式在低频区高于根据实测数据拟合的结果,而在高频区则要明显小于拟合结果;对于水平横风向脉动风速谱和竖向脉动风速谱,Simiu建议的经验公式以及Panofsk经验公式在整体上要小于拟合结果.     

大跨度公铁两用斜拉桥三维风速场实测与模拟

为得到沪通公铁两用长江大桥(后简称沪通大桥)桥址区风速时程序列,对沪通大桥开展了现场风速实测,对桥址区的风场特性进行分析,得到基于实测数据的风速谱,并将其与规范给出的风速谱进行参数对比.之后采用基于实测风速谱显式分解的谐波合成法,将该桥的三维脉动风速场简化为多个线状的一维脉动风速场,分别对两个主塔、公路桥面、铁路桥面的脉动风速进行数值模拟,模拟值与目标值吻合较好.结果表明:采用实测的风速谱参数可以很好地得到大跨度桥梁数值模拟三维脉动风场,并与规范给出的统一功率谱有一定的差异性,体现了规范谱应用于不同地区,尤其是复杂气象条件时的局限性.得到的基于实测风特性的大跨度斜拉桥风速时程序列,为桥梁的风振分析提供了基础,具有良好的实用效果.     

内陆良态风与沿海台风风特性实测对比研究

为了考察内陆良态风和沿海台风风速特性的不同,分别对武汉国际证劵大厦(总高331m)和广州利通广场大厦(总高303m)进行了建筑顶部风速现场实测。通过对典型风速的风速时程、湍流强度、阵风因子、风速功率谱、概率密度分布特性等方面的对比分析发现:内陆良态风风速波动情况表现为长周期小幅脉动,而沿海台风为短周期大幅脉动;内陆风湍流度和阵风因子与沿海台风基本一致;内陆风功率谱高频段能量相对偏低;沿海台风概率密度曲线与正态分布形状比较类似,但在均值附近密度曲线高而尖,峰度系数大于正态分布,而内陆风均值附近密度曲线则宽而低,峰度系数也大于正态分布。台风本身与良态风的风特性差别的原因与宏观地貌有很大关系。     

矩形高层建筑横向湍流脉动风压谱密度函数的分析计算

目的 为计算矩形高层建筑在湍流脉动风压作用下横风向风振动力反应值，推求横向湍流脉动风压谱密度函数．方法 从湍流理论的基本方程出发，在一定假设条件下，根据Taylor关于湍流的“冻结”假定，从湍流基本方程的傅氏变换解可以导出脉动风压谱密度函数的计算公式，并考虑了全部的剪切项．结果 据此计算出的结果在一定条件下其组合值与原型观测数据相吻合．结论 湍流脉动风压谱与日本规范中的扰力谱幅频特性有差别．可以采用CFD（Computational Fluid Dynamics）风场数值模拟结果计算湍流脉动风压谱密度函数与均方根值．     

西部山区地形的斜拉桥风场特性研究

目前国内跨越峡谷等复杂地形的大跨度桥梁建设日益增多,而现有的抗风规范对于复杂山区地形风速剖面的计算没有明确的规定,也没有地形影响修正方法.针对山区地形地表类别不易确定,风环境复杂这一问题,结合山西省禹门口黄河斜拉桥这一实际工程,利用自行开发的桥梁风场特性分析系统对桥址处一年多实测风速数据进行分析计算,得到了桥址处平均风速和风向、湍流度、湍流积分尺度、功率谱密度等强风特性,并将分析结果与FLUENT的数值模拟结果进行对比,验证了程序的可靠性和有效性,为主桥风洞试验及颤振、抖振分析和结构分析时风荷载计算提供了依据.     

抛物面天线三维随机风场的数值模拟方法研究

针对天线各向尺寸相差不大的结构形式和随机风载的工作状况,考虑到脉动风的相关特性,在脉动风速模拟过程中计入了相位角对模拟结果的影响,建立了抛物面天线结构三维随机风场的模拟方法,并结合Fourier变换方法,运用于随机风场的多点顺风向脉动风速时程模拟。基于Simiu风速功率谱,采用该随机风场模拟方法,对40 m大口径抛物面天线进行三维随机风场模拟,研究了天线旋转后模拟风速的变化,并对模拟样本进行检验。检验结果表明模拟值与目标值吻合良好,从而验证了该方法的有效性。该方法的应用为抛物面天线风振响应计算提供了支持。     

复杂体型超高层建筑风压脉动特性

为研究超高层建筑顺风向和横风向脉动风压功率谱的变化规律,以某X型超高层建筑为工程背景,进行刚性模型测压风洞试验.利用Tamura等基于准定常假定提出的由顺风向脉动风速谱转化得到顺风向脉动风压谱的方法将Davenport和Kaimal风速谱转化为脉动风压谱,并将两者得到的风压谱与试验结果进行了对比;利用Ohkuma等提出的矩形建筑横风向风荷载功率谱的数学模型来拟合侧风面测点脉动风压谱,结果能够与试验很好的吻合.分析了相同高度处各测点之间以及不同高度测点层各测点脉动风压之间的相关性;最后研究了测点风压的水平和竖向相干性,并利用基于单参数最小二乘算法的计算程序对测点空间相干函数曲线进行拟合,结果与风洞试验吻合较好.     

实测下击暴流风场特性分析

目前下击暴流风场特性的研究大多是围绕风速模型和部分风场特性展开,较少涉及风场特性与平均风速之间的关系、不同风场特性之间的相关性以及与大地边界层近地风特性的比较研究.基于下击暴流实测风速数据,运用滑移平均法提取下击暴流的时变平均风速,进而获得脉动风速.在此基础上,研究下击暴流的紊流度、紊流积分尺度和阵风因子的特性,并分析...     

矩形高层建筑气动基底力矩系数研究

为探讨长宽比和来流湍流特性对矩形高层建筑基底力矩系数的影响,对长宽比为1/9～9的矩形高层建筑在4种风场下进行了同步测压风洞试验。将试验结果与以往文献数据进行了比较,分析了建筑长宽比、湍流强度和湍流积分尺度对顺风向基底力矩系数平均值与标准差、横风向和扭转向基底力矩系数标准差的影响。结果表明：当建筑长宽比不大于3时,顺风向基底力矩系数平均值和标准差随长宽比先增大后减小,当长宽比大于3时,该平均值和标准差基本不随长宽比变化;横风向和扭转向基底力矩系数标准差均随长宽比增大单调增大,但前者的增长速度随长宽比增大逐渐减小,而后者的增长速度随长宽比增大仍逐渐增大;对于顺风向基底力矩系数,增大湍流积分尺度会使平均值和标准差增大,而增大湍流强度会使平均值减小,标准差增大;对于横风向和扭转向基底力矩系数标准差,湍流积分尺度和湍流强度的影响随长宽比的不同而不同。基于分析结果,针对不同风场提出了矩形高层建筑顺风向、横风向和扭转向基底力矩系数的拟合公式,可为结构设计和荷载规范修订提供参考。     

基于风洞试验的风沙两相流耦合流场特性

风沙两相流结构的理论与研究方法已趋于成熟,主要集中在风沙物理运动本身和防风固沙工程方面,然而,将风沙运动现象及其对建筑结构物的作用效应相结合的研究还比较鲜见,继续开展风沙地区工程结构的抗风沙研究具有重要的现实与工程意义。通过风沙风洞试验,模拟了实际沙漠地貌下的风场特征,重点通过风洞顶部落沙研究了类似沙尘暴环境下的沙浓度、风沙流速度廓线以及湍流强度随高度的变化情况。通过控制相同风速、变化不同输沙率进行落沙,以此形成多种不同类型的风沙两相流耦合流场,并与净风工况相比较。试验结果表明：沙浓度梯度分布与落沙孔数量、控制风速以及高度均相关;风沙流场中沙颗粒的运动对风速剖面有一定的削弱作用,对湍流强度却有增强作用;风场中沙质量浓度沿高度方向的分布特征直接影响了各高度处风速和湍流强度的大小,沙浓度越大的高度处对风速的削弱程度越显著,且对湍流强度的增强程度越大。     

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.     

输电线顺线路方向风荷载及分配模式

采用风洞试验,结合有限元分析方法,研究输电线顺线路方向的风荷载和作用模式;研发弧形输电线风荷载的风洞试验测试装置;获得2种典型垂跨比输电线的顺线路方向比例系数;通过2个实例对比输电线顺线路方向风荷载的3种分配模式,给出输电线顺线路方向风荷载和分配模式的建议. 研究表明,各国规范中只有中国规范给出了顺线路方向风荷载的规定;垂跨比为4%和8%的输电线顺线向荷载比例系数均低于0.15,中国规范取值（0.25）偏保守;按投影高度和按规范中拉索体型系数的分配结果基本一致;按弧长分配会比按其他2种方法获得更大的竖向位移和水平位移,增大幅度约为12%;顺线路方向的比例系数建议取0.10（常规输电线）或0.12（大跨越输电线）;顺线路方向的风荷载建议采用按投影高度进行分配.     

中澳欧风荷载规范的对比研究

首先,对中、澳、欧风荷载规范中影响平均风荷载和脉动风荷载的主要参数进行了对比研究。然后,基于随机振动理论,通过算例对不同风速谱和不同相干函数下的脉动风响应进行了计算分析。最后,按照中澳欧三种风荷载规范分别计算了柔性结构和刚性结构的荷载和响应,并进行了比较分析。     

十字形高层建筑风场数值模拟

基于计算流体动力学软件Fluent6．3,采用Realizable K—ε湍流模型对十字形高层建筑进行了三维定常风场的数值模拟,研究分析了模型各表面平均风压系数的分布规律,并探究了肢长及高宽比等参数对各立面风载体型系数的影响。结果表明：肢长的变化对十字形高层建筑各立面风载体型系数的影响较为明显;高宽比的变化仅对背风面及侧面的体型系数有较大影响,对迎风面体型系数的影响较小。     

国内外输电线路设计规范风荷载取值标准的比较

以我国现行电力行业标准DL/T 5154-2002和DL/T 5092-1999关于风荷载的计算规定为基准,对国内外4套有代表性的输电线路设计规范风荷载的取值标准进行了分析比较,初步摸清了国内外规范风荷载标准值差异的定量数据.计算结果表明,我国输电线路铁塔结构的风荷载标准值普遍低于国外规范相同条件下的风荷载标准值,规范...     

复杂体型高层建筑表面风压分布及风荷载特性试验

以成都某复杂体型超高层建筑为研究对象,在大气边界层风洞中对其进行了单体建筑刚性模型测压试验,对模型表面风压的分布规律进行了讨论;利用随机振动理论在频域内计算了基础等效静力风荷载和结构顶部加速度响应,并将风荷载试验结果与中、日两国最新规范的计算结果进行对比分析。结果表明：复杂体型高层建筑表面风压的分布规律与常规截面高层建筑基本保持一致,但是受到建筑体型的影响,个别立面的风压分布会出现与中国规范规定值完全相反的结论;同时,在局部区域会出现比规范值偏大的结果,由风洞试验结果计算得到的顺风向基底剪力和弯矩均大于中、日两国规范的计算结果,且日本规范的计算结果要大于中国规范的计算结果。所得结论可为类似工程提供参考。     

三边形桅杆风荷载谱模型试验研究

对三边形格构式桅杆进行了均匀流和两种紊流下的高频测力天平风洞试验,得到了顺风向、横风向和扭转向的气动力系数以及脉动风荷载谱。采用基于风速谱的数学模型对顺风向脉动风荷载谱进行拟合,验证了该经验公式在不同流场下的适用性。根据试验所得横风向和扭转向脉动风荷载功率谱曲线的特点,建立由紊流激励和旋涡脱落激励两部分组成的谱函数数学模型,最小二乘法拟合结果与风洞试验结果吻合良好。横风向脉动风荷载谱以紊流激励为主,紊流强度15%时旋涡脱落激励贡献仅占10%,扭转向脉动风荷载谱中旋涡脱落激励贡献明显增大,达到40%。