龙卷风作用及核电站结构极端风荷载相关问题研究综述

在结构荷载规范中一般均不考虑龙卷风荷载,但对于某些设防要求极高的重要工程设施,如核电站,则需要考虑可能的龙卷风荷载作用。从龙卷风风场理论模型的研究发展入手,对直接风压荷载的确定、风致飞射物间接作用以及特种工程结构核电站抗龙卷风设计的研究现状进行了归纳总结,指出了龙卷风直接风压计算中考虑轴吸力作用、风场平移运动及风致扭转作用的必要性以及飞射物冲击作用应区别弹体相对刚度及端部形态对作用效果的影响。     

Texas Tech University建筑模型龙卷风荷载试验研究

为了评估低矮建筑在龙卷风等局地强风下的风荷载,开展了几何缩尺比为1∶300的Texas Tech University(TTU)模型在物理模拟龙卷风气流下的外表面测压试验,研究不同位置与方位角下结构表面风压系数的均值、脉动值与峰值,以及结构的整体风力系数,并对比了低矮建筑结构龙卷风荷载与边界层风荷载的区别。结果表明：结构龙卷风荷载主要受切向气流和气压降作用影响,其大小随结构与龙卷风中心距离的不同而改变;当结构位于涡核半径时,所承受的局部风压和整体风力均达到最大,最不利值发生在近长边一侧的屋盖角部;结构表面中线上龙卷风荷载与边界层风作用下的荷载变化趋势具有一定相似性,但最不利荷载发生的位置有所不同。     

漏斗结构平移模型下房屋龙卷风荷载的分析

基于龙卷风的漏斗结构模型以及Rankine涡平移模型的理论,对房屋进行漏斗结构平移模型下的龙卷风荷载分析,得出较Rankine涡平面模型更为真宴的房屋龙卷风荷载,对房屋的风吸力及扭转荷载作用力进行了分析,得出风吸力的大小随龙卷凤的高度而变化,对低矮房屋的作用力最大。     

Rankine涡平移模型下低层房屋龙卷风荷载的分析

应用Rankine涡运动理论,结合我国的龙卷风灾,探讨气流速度和压力沿平面的分布规律,分析建筑风荷载,表明了龙卷风各水平面左侧旋涡压强沿径向按递减,递增、递减变化,对建筑物风压力、风吸力、扭转的实用计算进行了探讨,可供建筑结构抗风设计参考.     

龙卷风作用下两类屋面风荷载特性对比研究

为研究龙卷风风场中央的两类屋面低矮建筑风荷载特性,文中以计算流体动力学手段建立Ward型龙卷风发生装置,采用Realizable k-ε湍流模型实现对两类屋面模型的数值模拟研究。对比分析3种典型屋面坡角（15°、30°和45°）下两类屋面低矮建筑物风荷载特性。研究结果表明,建筑物位于龙卷风中心时,龙卷风作用下两类屋面均受负压,且风压呈中心对称分布;随着屋面坡角的增加,双坡屋面建筑物所受最大负风压系数由-0.49增大至-1.04,四坡屋面风压随坡角增加而增大现象不明显,最大负风压系数稳定在约-0.49;同时两类屋面建筑物顶部中央的漩涡分离,转移至两侧屋檐处,屋面的漩涡数量减少。龙卷风作用下两种屋盖对比研究中得出结论,相较双坡屋面四坡屋面在3种坡度下均可有效减低风荷载。     

高耸电视塔脉动风荷载仿真及结构风振响应分析

对合肥电视塔脉动风荷载的仿真及其结构风振响应进行了分析。首先建立了脉动风荷载的功率谱密度函数矩阵。采用频谱表示法 ,仿真得到了作用在合肥电视塔上的与塔高竖向相关的 19条脉动风荷载时程样本。在此基础上 ,采用时程分析方法计算了合肥电视塔的风振动力响应     

典型体型体育场风荷载数值模拟分析

为了给体育场初步设计阶段选取风压系数提供参考,构造了马鞍形、平屋盖矩形、单侧看台月牙形和双侧看台月牙形4种典型体型体育场模型,并引用<欧洲张力薄膜结构设计指南>的罩棚标准化分区,采用计算流体力学(CFD)方法对4种典型体型体育场的风压系数和分布形式进行了系统研究,绘制了设计取值图供工程参考使用,并总结了各类体型体育场风荷载的规律.     

超高层建筑风致响应及等效静力风荷载研究

以重庆宾馆为工程背景,制作了缩尺比为1∶300的试验模型,并进行了刚性模型同步测压风洞试验,采集了重庆宾馆建筑表面的脉动风压时程。风洞试验包括有周边建筑和无周边建筑两类工况。采用风洞试验的脉动风压时程数据,考虑该高层建筑2个主轴方向的前4阶弯曲模态,进行了其风致响应研究,得到了建筑顶部的位移响应和加速度响应,并进行了人体舒适度验算。采用惯性风荷载法,研究了建筑主轴方向的等效静力风荷载。结果表明:对于高度为300m的混凝土高层建筑,仅考虑1阶模态进行风致响应分析,位移响应能满足工程精度的要求,但加速度响应误差较大,至少应考虑前4阶模态;重庆宾馆10年重现期下建筑顶部的峰值加速度为0.144m/s2,满足舒适度限制要求;横风向平均风荷载较小,但惯性风荷载较大。     

上海铁路南站风荷载试验研究

介绍了上海铁路南站模型风洞试验概况和主要试验结果。对这一大跨度圆形屋盖，分别进行了在无周边建筑和有周边建筑情况下的风洞模型试验。试验结果表明周边建筑对所测建筑的风荷载有较大的气动干扰影响。最后分析了屋盖上的典型测点的平均风压系数随风向角变化的曲线。试验结果对类似的圆形屋盖结构的风压分布具有参考价值。     

中欧风荷载规范的对比研究

本文简要介绍了欧洲规范1中关于风作用的计算方法,对计算中需要用到的参数分别进行了说明。对中欧风荷载规范的基本风速、粗糙度类别划分、动力响应参数等进行了对比分析,并对算例的数值结果进行了初步比较和评述。     

多风向多目标等效静风荷载分析方法及应用

针对大跨空间结构中多振型参与风振响应特点和工程应用需要,提出针对多个风向的多目标等效静风荷载分析方法。根据所有风向的平均风荷载（或者风振响应极值）分布之间的相似性指标,将所有风向分为若干个风向区,计算各风向区的风振包络响应;在每个风向区内,选择平均风荷载分布和结构主导振型惯性力作为构造多目标等效静风荷载的基本向量,根据最小二乘法,得到基本向量的最优组合系数,从而得到针对多个风向、多个等效目标的等效静风荷载。将该方法用于某大型科技新馆,分析结果表明：根据各风向下屋面平均风压系数分布间的相关系数,36个风向角仅需分成3个风向区,且各风向区等效静风荷载作用下的静力响应与实际动力响应包络响应吻合较好,验证了所提方法的计算精度和工程应用的便利性。     

广州西塔风荷载研究

广州西塔是广州双塔的西塔楼,目前为华南地区第一高楼,高宽比超过6.5,主塔楼结构采用钢管混凝土斜交网格外筒+钢筋混凝土内筒的筒中筒体系。由于广州为台风多发地区,风荷载为其结构设计的控制荷载,故对其抗风设计进行了详尽的介绍。通过风气候分析确定了区域风况和设计风参数,以及与风响应有关的结构参数,并通过模型风洞试验确定了大楼的等效风荷载取值,并对大楼舒适度进行了判别。     

Analysis of hurricane wind loads on low-rise structures

Time series of pressure coefficients collected on the roof of a house by the Florida Coastal Monitoring Program during landfall of Hurricane Ivan on the Florida panhandle in 2004 are analyzed. Rather than using peak values, which could vary due to the stochastic nature of the data, a probabilistic analysis is performed to characterize extreme values of pressure coefficients and associated wind loads. It is shown that the pressure coefficient time series follows a three parameter Gamma distribution, while the peak pressure follows a two-parameter Gumbel distribution. The analysis yields a probability of non-exceedance of a given threshold of the pressure or load coefficients. For this specific house and specific storm, the 80 percentile load coefficient value of the probability of non-exceedance is −1.7. This is discussed in the context of ASCE 7 GCp values.     

大跨度铁路站房屋盖结构风洞试验与等效静风荷载研究

以哈尔滨西客站站房屋盖结构为研究对象,采用刚性模型同步测压风洞试验对建筑表面的平均及脉动风荷载进行测定,结合本征正交分解技术对风压场进行重构及预测,解决了风压测点与结构有限元模型节点的不匹配问题。分别建立整体结构和屋盖结构有限元模型,利用时程分析方法考察了下部结构对风致响应的影响,研究表明下部结构会导致屋盖结构的刚度弱化,建模中忽略下部结构可能导致对屋盖结构位移和内力响应的低估。引入多目标等效静风荷载分析方法,以结构在风荷载作用下的最大动力响应为控制指标获得针对多个等效目标的静风荷载分布,并对等效结果进行了验证,结果表明该方法可以实现以少量静风荷载分布形式实现所有响应均与动力极值响应等效。     

金属吊顶抗风性能的研究

目前金属吊顶广泛应用于轻轨站、敞开式走廊等半户外环境,会受到自然风的影响。本论文通过自行研发的测试设备,研究了金属吊顶系统在均布荷载与风荷载下的强度,建立了风载荷强度检测方法,并将其写入了最新的《金属与金属复合材料吊顶板》国家标准。     

Safety of glass panels against wind loads

Safety of glass panels under wind loads is investigated. Noting that strength of glass displays significant size dependent scatter, the theory of brittle fracture statistics is applied to find the probability of failure of brittle rectangular plates under uniform lateral loads. The effects of plate size, plate thickness, intensity of lateral load and strength of glass on probability of failure are studied. The results are presented graphically and a specific example is studied in detail.