大跨屋盖结构风致抖振响应研究

建立基于非定常风荷载的大跨屋盖结构风致动力响应的试验和分析方法。该方法采用多通道测压系统扩大同步测压点的数目,更全面地获得屋盖表面风压的时空特性,为准确计算结构风致响应奠定了基础。在动力分析方法上应用CQC法计算屋盖结构的风振响应,考虑多模态及模态间的耦合影响,编制了结构风致动力效应计算程序SWDP。最后对上海铁路南站工程屋盖结构的抖振响应结果进行了计算和分析。结果表明,采用多通道测压系统可以有效地扩大同步测压点的数目;基于非定常风荷载的CQC方法是计算复杂大跨屋盖结构风振响应的有效方法;背景响应对于总响应的贡献通常是不可忽略的。     

受扰高层建筑的风致响应分析

受扰状态下高层建筑的静动力响应明显不同于单体建筑。以一实际姊妹塔楼为研究对象,根据风洞试验中获得的风压分布结果,计算塔楼结构的风致响应。风洞试验及结构响应计算不仅考虑了两栋塔楼同时存在的情况,还考虑一栋塔楼先期建成,另一塔楼尚未建造的情况。细致分析了不同风向下结构的平均及脉动位移响应、静动力干扰因子的特点。结果表明,施扰建筑位于受扰建筑正前方时具有最大的干扰效应,此时受扰塔楼的总位移峰值最小;而当受扰建筑处于施扰建筑下游时,在风向偏斜时,受扰塔楼的总位移峰值最大。     

柱面网壳结构MTMD风振控制研究

采用频域分析方法对柱面网壳进行风振响应计算及多重调谐质量阻尼器(MTMD)减振研究,先分析无MTMD下结构动力响应用以确定MTMD的安装位置与相应控制模态,再分析安装MTMD后结构在风荷载作用下的动力响应。计算结果表明,MTMD能够有效降低结构位移响应均方根值;在一定质量比范围内,MTMD总质量比越大,减振效果越好,不同MTMD质量比存在相应最优阻尼比,质量比越大,最优阻尼比越大,且最优阻尼比值与理论值有一定差别。对于模态密集分布的大跨网壳结构应通过计算确定MTMD参数。     

积雪漂移对空间结构动力稳定性的影响

以一单层柱面网壳为例,以Budiansky-Roth准则为动力失稳判别准则,研究积雪漂移对风雪耦合作用下空间结构动力稳定性的影响。由风洞试验获得结构表面的风荷载时程,通过数值方法模拟风力下积雪在结构表面的漂移。结果表明,风力下网壳顶部的积雪发生侵蚀而迎风与背风面的积雪发生沉积,沉积区和侵蚀区之间形成与风向角一致的分界线。所有风向角下积雪漂移均使单层柱面网壳的动力稳定性降低。风吹雪时间越长,结构的动力稳定性越差,但影响程度随时间逐渐降低。随着初始积雪厚度的增加,结构的动力稳定性降低。     

中国航海博物馆风压分布的模型试验研究

介绍了中国航海博物馆的模型风洞试验概况和主要试验结果。对代表性结构部位风压系数的研究表明,由于体型复杂,加之主要构件之间存在严重的干扰效应,结构风压分布具有很强的个性特征,非常复杂。给出了风压分布的基本特征,并进行了分析。对围护结构的表面风压分别采用规范方法和统计方法进行了分析比较,结果表明,两种方法计算结果差异较大,在对围护结构进行设计时,应综合考虑上述两种方法,给出安全合理的设计荷载。     

世博轴膜面平均风压的数值模拟研究

基于Fluent 6软件平台,利用Realizablek-ε湍流模型对世博轴大跨膜结构屋面的平均风荷载进行了数值模拟研究。首先,通过与刚性模型测压风洞试验结果的对比,验证了数值模拟计算的有效性。然后,着重研究了周边建筑对膜表面平均风压分布的影响。最后,从数值模拟得到的流场信息分析了周边建筑对膜表面平均风压分布影响的机理。结果表明:周边建筑对膜表面局部风压分布有一定的影响,主要是由于上游建筑的"遮挡"改变了膜表面附近气流的流动状态,使建筑后面区域膜表面局部风压的绝对值有所减小,但随着上游建筑与膜结构之间距离的增大,这种影响逐渐减弱,并且远离上游建筑位置的膜表面风压基本不受影响。     

某大型体育场屋盖风致积雪飘移的数值模拟

大型悬挑屋盖上的积雪在风力作用下会发生复杂的飘移运动,导致积雪不均匀分布,对结构的强度和稳定性产生较大的影响。基于空气相和雪相的关系为单向耦合的假设,采用两相流理论模拟了积雪在风作用下的飘移过程。以某大型体育场为研究对象,通过对商业流体软件FLUENT二次开发,计算了在风作用下屋盖积雪发生迁移后的雪压分布,并对雪压分布的规律进行了分析,为结构设计提供依据。     

考虑来流的局部火灾场景钢柱传热模拟研究

采用计算流体动力学(computational fluid dynamics, CFD)方法，对局部火灾场景中临近火盆的钢柱展开分析，并考虑水平来流的影响。为验证该文数值模拟方法的正确性，以顶棚射流模型为案例，首先进行了在无风情况下的火灾分析，通过与试验数据的比对验证了数值模型的正确性。在临近火盆的钢柱传热研究中，发现在来流影响下火焰发生明显的倾斜，当来流的速度大于临界值时，火羽流从侧壁面环绕钢柱，形成火羽绕柱场景，从而导致流体场的热学特征以及钢柱壁面的受热情况发生显著变化。该文进行了气体温度场、速度场、钢柱壁面温度以及对流换热系数分布规律的探讨。     

大跨度屋盖结构等效静力风荷载方法及应用

结构风致振动是控制大跨度屋盖结构设计的主要因素。大跨屋盖结构模态密集,风致振动有多模态参与并受模态交叉项影响的特性,这给建立大跨度屋盖结构等效静力风荷载的计算方法带来了很大的困难。本文基于计算共振分量的修正SRSS法,将LRC法和考虑模态耦合系数的惯性风荷载法相组合来表示等效静力风荷载。本文的方法能考虑模态之间相互耦合的情况,给出的等效静力风荷载具有明确的物理意义。最后将该方法运用于一个实际工程,检验了计算方法的精度。计算结果表明,本文方法和CQC法得到的响应值非常接近,最大误差约为3%,相对而言SRSS法的计算误差较大。     

不同护栏透风率下桥面雪飘移的数值模拟

采用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)方法，对典型桥梁断面上的雪飘移进行了数值模拟，得到桥面上风致积雪的重分布。为验证该文数值模拟方法的正确性，以平屋面风吹雪为案例，将该文数值模拟方法得到的结果与风洞试验结果进行了对比。在桥面雪飘移的数值模拟过程中，考虑了桥梁护栏的影响，对比分析了不同护栏透风率下桥面风致积雪重分布形式。研究发现：当护栏透风率大于50%时，桥面上不会出现显著的积雪沉积；当护栏透风率小于50%时，桥面护栏附近出现了较显著的积雪沉积，且在迎风端护栏的背风侧沉积最大。为减小桥面风致积雪堆积对交通的不利影响，建议在桥梁设计时采用高透风率的护栏。