门式刚架轻钢结构抗风安全性分析

为研究门式刚架轻钢结构的抗风安全性,采用风洞试验方法对我国东南沿海一轻钢厂房的表面风压进行了测试;将测得的2个最不利风向的风荷载以及按荷载规范和轻钢规程计算的风荷载分别施加于厂房的不利刚架上,采用基于板壳单元的精细有限元方法对刚架进行极限承载力的非线性分析,获得了在不同工况下刚架的抗风安全系数和风致破坏形态.通过对刚架在不同风荷载取值下的风致安全性进行了对比分析,结果显示:该刚架在轻钢规程的风荷载以及由风洞试验得到的极端风荷载作用下的安全冗余度偏低;而直接按荷载规范的风荷载(未含阵风系数)进行抗风设计可能会使承重刚架偏于不安全;通过一种简便的节点构造改进措施,可以明显提高刚架的风致安全性,并降低刚架对初始缺陷的敏感性.     

高耸结构风荷载特性的风洞试验研究

通过风洞试验对椭圆截面高耸结构的风荷载特性及结构抗风安全性进行了系统研究。获得了结构表面风压分布规律,研究了高耸结构三维风荷载功率谱特性,评估了结构的三维等效静力风荷载并和规范结果开展了对比性研究,讨论了结构抗风动力可靠性。研究结果可为高耸结构的抗风设计和风洞试验提供技术参考。     

基于大涡模拟增设气动措施冷却塔风荷载频域特性

为了研究带气动措施的大型冷却塔风荷载频域特性,采用大涡模拟(LES)技术计算得到不同气动措施下冷却塔外表面风荷载时程,将典型断面的平均和脉动风压与国内外实测及风洞试验结果进行对比,验证了大涡模拟的有效性.对平均风压分布曲线、典型断面涡量图、脉动风荷载的功率谱、相关系数及相干函数等频域特性进行研究,分析不同气动措施对大型冷却塔外表面平均风压流场特性和脉动风压频域特性的影响.结果表明:增设气动措施导致塔筒下部进风口区域平均风压局部增大,以弧形导风板最明显;脉动风荷载能量主要集中在低频区域,迎风面测点脉动风能量相对较大;增设气动措施导致塔筒表面风荷载频谱特性更加复杂,风荷载功率谱出现多个峰值点;迎风区测点之间脉动风压相关性较高,增设气动措施对相关系数影响较大,其中导风板的相关系数均达到了0.62以上;测点之间相干性均表现出随频率上升而增大的趋势,并且频率达到0.4Hz后,相干函数接近1.     

大庆石油学院体育馆屋面风荷载的风洞试验及CFD数值模拟

目的确定大庆石油学院体育馆屋面的平均风压系数，为该工程的结构抗风设计提供荷载依据，探讨采用CFD数值模拟技术来确定复杂体形建筑物表面平均风压分布的可靠性．方法对大庆石油学院体育馆屋面风荷载进行刚性模型风洞试验研究，并基于Fluent6．1软件平台，采用雷诺应力湍流模型（RSM）对屋面的平均风压进行了数值模拟．结果通过风洞试验，得到了体育馆屋盖表面的平均风压系数，并分析了屋面的风压分布特性，得出了最不利风向角和分区体型系数．通过CFD数值模拟研究，探讨了各种参数变化对平均风压计算结果的影响，并将计算结果与风洞试验数据进行对比，两者吻合较好．结论CFD数值模拟技术作为一种新型的研究方法为研究建筑物表面的静态风压分布规律提供了一种较为简便、快捷、低成本的途径。可较准确地模拟实际大跨度屋盖表面的平均风荷载．将CFD技术用于工程方案阶段的预研是一种较为安全稳妥的思路．     

体育场月牙形大跨悬挑屋盖风荷载特性

风荷载是大跨悬挑屋盖的主要控制性载荷,本文以灵武体育中心为例,采用同步测压风洞试验技术,对体育场中最常采用的双侧布置的月牙形大跨悬挑屋盖平均风压、脉动风压、极值风压分布进行了研究,为该类结构的抗风设计提供参考.试验结果表明:不同风向角下,由于月牙形悬挑屋盖倾角的变化,来流在屋盖表面形成不同的特征湍流;对于屋盖整体而言,平均风荷载、脉动风荷载随风向角变化均匀,处于来流下游的悬挑屋盖平均风荷载、脉动风荷载均较处于来流上游的悬挑屋盖大.悬挑屋盖上表面极值风压数值普遍大于下表面,且变化更为剧烈.     

低层建筑抗风设计方法比较与研究

土木工程设计中,最有影响和最易引起工程结构失败甚至破坏的首推风荷载.最近几年风灾严重,尤其是风灾导致的低层建筑损失更是惨重.而国际上发达国家的风荷载规范则在不断变化之中,尤其是对轻型钢结构的抗风设计.因此本文有必要对各国低层轻型钢结构抗风设计方法进行研究.本文分别对中国、日本、美国等国家关于抗风设计方法进行比较,并针对风压系数计算一个实例,最后与风洞试验结果进行对照,对中国抗风设计方法进行研究与探讨.     

连续刚构桥超高墩的风荷载模型与抗风构造研究

为了对一座具有超高墩的预应力混凝土连续刚构桥在施工过程中的抗风性能进行分析,依据桥址处的风环境确定了上、下部结构区别对待的风荷载模型.在最大悬臂典型工况下与静风荷载进行了对比分析,并在此基础上对该桥的抗风构造措施进行了优化.结果表明:在文中构造的风荷载模型中同时考虑了风压廓线变化及冲击作用对超高墩单T结构的影响,其响应输出更能反映出超高墩具有的特殊风动力特性,同时增加的风撑横系梁构造能够显著降低风荷载下墩顶位移,值得同类桥型抗风设计中借鉴.     

利用人工植林削减古塔风荷载的风洞试验

高耸古木塔是世界建筑文化遗产的重要组成部分,也是中国古代木建筑的典范。外部风荷载作用是影响古木塔结构安全的重要因素,人工植林可改变古木塔的风场环境,实现削减风荷载作用并缓解风致结构损伤的目的。本文开展了古木塔的风洞试验研究,验证了人工植林技术削减古木塔风荷载作用的可行性。以中国山西应县木塔为原型设计并制作了1：50的大比例刚性木塔模型,开展了在树木遮挡下木塔的风洞试验,考察了木塔的表面风压分布特征。同时,计算了不同树木高度,树木距木塔距离和树木布置宽度等条件下木塔的层间力与层倾覆弯矩,并分析了基底剪力与弯矩的减小率。试验结果表明,在遮挡高度范围内,人工植林可有效减小木塔表面风压。同时在高于遮挡范围的侧风面与背风面,树木也会一定程度地降低木塔表面风压。人工植林树木高度是影响木塔风荷载削减效果的关键条件,树木越高风荷载减小效果越好。分析表明,人工植林应选择高大乔木,并布置在距木塔较近的区域,且树木布置宽度应尽量宽。本文通过风洞试验验证了利用人工植林削弱高耸古木塔的风压与风荷载的可行性,提供了缓解高耸古木塔风荷载作用及风致损伤的新思路,可为高耸古木塔的结构保护提供技术选择。     

风荷载作用下围护结构表面风压分布及局部体型系数数值模拟研究

为了从围护结构风压分布和风荷载局部体型系数角度研究建筑围护结构抗风性能,基于计算流体力学方法(CFD),利用scSTREAM平台,分别采用k-ε,RNG k-ε湍流模型对CARRC高层建筑标准模型进行模拟,并将数值模拟与试验结果对比分析,验证scSTREAM平台模拟计算的可行性,表明RNG k-ε湍流模型具有更高的计算精度,因此,选择RNGk-ε湍流模型用做后续研究。然后分别建立不同风速、不同建筑体型的模型,研究其对围护结构风压分布、风荷载局部体型系数的影响。结果表明:围护结构风压分布及风荷载局部体型系数受风速影响很小,但随建筑体型改变有明显变化;对于不同高宽比、宽厚比的建筑,围护结构各表面风压分布有较大区别,且出现风荷载局部体型系数取值明显高于规范的情况指出了规范取值的不合理之处,以优化围护结构局部体型系数分区取值。     

抗风结构首超破坏与累积损伤的概率分析和设计方法

本文通过考虑脉动风压的随机过程性,利用风荷载的规范标定方法和结构疲劳试验结果,从结构风振随机反应分析着手,提出了基于首超破坏和疲劳累积损伤机制的抗风结构首超可靠性、疲劳可靠性和寿命估计的分析方法;在此基础上,提出了以首超可靠性为设计指标、疲劳可靠性为校核指标的抗风结构的初步设计方法;最后,通过一典型的单自由度结构的风振分析和设计说明了此方法的应用。     

山西各地区风光资源互补性研究

风光资源是可再生能源,研究其互补性对于风光互补发电系统研究有着重要的意义,但是二者在时间和空间上受气象条件影响较大。以山西省11市（县）一年各月平均风速实际数据分别对这11个地区风能资源储能情况进行分析,并结合气象学模型对这些地区水平面太阳辐射总量及最佳倾角进行理论计算,得到最佳倾角倾斜面上太阳辐射总量。然后将这些地区各月最佳倾角下倾斜面上太阳辐射总量与风能储能做互补性分析,并以山西清徐为例对风光互补发电系统进行了优化匹配分析。通过分析各地区风光资源在时间上的互补性和互补系统优化匹配设计,为山西地区风光互补发电系统开发利用提供了重要的理论依据。     

规则巨型框架表面风压分布数值模拟分析

风荷载对于建筑物来说是一种非常重要的荷载,尤其对高层和超高层的结构设计起着决定性的作用.因此如何准确预测建筑物表面的风压分布,以便进一步研究风荷载对结构的作用就显得非常重要.采用风洞模型试验和数值模拟计算相结合的方法,对规则巨型框架结构的表面风荷载进行了分析和研究.结果表明,采用数值模拟计算,不仅能够满足规则巨型框架结构的表面风压取值要求,而且可以完整地提供建筑物周围的风场环境,可为很多研究提供参考.     

风光互补发电系统的优化设计

阐述了风光互补发电系统的原理,确立了光伏方阵倾斜面上太阳辐照量的计算、光伏方阵发电量计算,以及不同地点、不同高度的风速计算、风力发电量计算等数学模型．通过选用4种不同的设计方案,讨论了系统的优化设计方法,使系统既能长期满足用户的负载需要,又有最佳的经济性,以节约投资费用．     

大跨柔性光伏支架结构风压特性及风振响应

大跨柔性光伏支架结构因具有良好的场地适应性和经济性而得到越来越多的应用。为完善此类光伏支架结构的抗风设计方法,通过对一种可变倾角的大跨柔性光伏支架结构进行刚性模型风洞测压试验,研究了光伏组件板面的平均风压和脉动风压系数在不同风向角和倾角组合下的分布特性以及全风向角下组件的极值风压变化规律,并给出了典型风向角下的脉动风压功率谱图。在此基础上,结合光伏组件的风压分布特点,采用ANSYS有限元软件仿真研究了该种柔性支撑光伏支架的风振响应并进一步计算得到了相应的风振系数。研究结果表明：在0°和180°风向角下,平均风压系数沿来流方向梯度分布且绝对值迅速衰减;随着风向角的增大,风压系数绝对值的最大值出现位置由迎风前缘向迎风端角部附近移动;光伏板面脉动风压分布与平均风压分布趋势类似;相比结构位移响应,钢索张力响应对风速变化不敏感,顺风向和竖向位移风振系数在U=8 m/s取得极大值,其值为2.11和1.98。本文可为光伏结构的抗风设计提供参考。     

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。     

在建厂房的风荷载分布及其风致倒塌机理

结合广东番禺某一厂房在施工过程中四面墙体均被阵风吹倒的事故，采用数值风洞方法，模拟了该厂房在实际施工状态下墙体所受的风荷载并剖析事故原因.进一步研究了单面墙体门窗开启对建筑物所受风荷载的影响.提出了施工过程抗风设计的风荷载取值及相应的施工技术措施.计算结果表明，该建筑物由于屋盖尚未施工，处于局部敞开状态，墙体内、外两侧均受到风的作用.无屋盖房屋的墙体内侧负压较大，迎风墙面实际所受的净风压体型系数远大于设计时按照规范的取值.在施工过程中建筑物所受风荷载的特殊性是导致该在建厂房倒塌的主要原因之一.     

重庆英利大厦表面风荷载研究

针对高耸建筑物风荷载分布特征的复杂性,在北京大学环境学院国家重点实验室2号环境风洞中,对缩尺比为1:300的英利大厦模型进行了试验研究.用本文提出的试验数据处理方法对该试验结果进行分析、计算,得到了该建筑物的风振系数和体型系数,给出了建筑物表面最大和最小(吸力)风荷载值,为其结构抗风设计提供了依据,以确保该建筑物在100年重现期风速下的安全性和稳定性.     

巨型高层开洞建筑刚性模型风洞试验研究

用缩尺比为1：300的刚性模型对巨型高层开洞建筑进行了风洞测压试验,研究了C类场地、16个来流风向条件下,模型各表面(包括洞口内部)的风压分布特性等,并确定了结构总体风荷载及最不利风向角．结果表明：洞口的设置减小了建筑物所受的总体平均风荷载,但并非洞口越大减小风荷载越多．在建筑物上部开洞,对减小基础所受弯矩非常有利,而在中上部开洞则对减小总体平均风荷载更为有效,并且当风向与开洞方向平行时基础所受的总平均风荷载最小．风荷载沿建筑高度的变化并非按规范中的规律分布,而是中上部大、两端小.     

高层建筑风响应及等效静态风荷载的研究

从悬臂梁振动理论出发,讨论了高层建筑风响应的计算以及在风洞中利用高频天平测量高层建筑风荷载的原理,并进一步分析讨论了沿建筑物高度分布的平均风力、脉动风力、风致振动惯性力以及建筑结构设计所需要的等效静态风荷载的确定问题,指出了所提方法的局限性和应用范围,可为高层建筑结构设计中的风荷载确定提供参考.分析结果表明,求沿高层建筑高度分布的等效静态风荷载的方法适用于顺风向风力,在应用于横风向风力时由于涡脱落力的影响有理论误差.     

某火车站站台雨棚结构风振系数计算

对某火车站站台雨棚结构风荷载进行了数值研究,建立了火车站站台雨棚有限元模型,依据风速功率谱通过数值模拟得到雨棚表面测点风速时程及风压时程,对脉动风作用下的雨棚结构进行了风振反应时程分析,根据分析结果确定结构风振系数,为结构设计中风荷载计算提供依据.