桥上孔隙式风屏障缩尺模型模拟方法的风洞试验

为了明确孔隙式风屏障缩尺模型的模拟方法,针对铁路桥上设置透风率为30%、高度为2.05m风屏障情况,通过风洞试验测试了不同开孔形式风屏障作用下车辆的气动力系数,分析了风屏障的孔径和开孔形状对车辆气动特性的影响,讨论了圆孔形风屏障与纵条形风屏障的相似性。结果表明,在1∶20的缩尺模型中,风屏障的孔径可取8mm~12mm;透风率相同时,风屏障的开孔形式对迎风侧车辆有一定的影响;纵条形风屏障的间隙数不低于10个时,与设置8mm圆孔形风屏障时的车辆气动特性较为接近,结果可为风屏障的缩尺模型风洞试验和数值模拟提供参考。     

扁平钢箱梁风屏障防风效果的数值模拟研究EI北大核心CSCD

为研究扁平钢箱梁风屏障的防风效果,在验证数值模型准确性的基础上,针对扁平钢箱梁上分离障条直线型风屏障,研究了风屏障对桥面风场分布的影响,采用神经网络模型建立了风屏障风速折系数的代理模型,考查了风屏障高度与透风率的影响,给出了风速折减系数随风屏障高度和透风率变化的等值线曲线。结果表明:当风屏障高度增加到一定程度后,再增加高度对风屏障防风效果的提高有限;风速折减系数随风屏障透风率的增加,在迎风侧车道和背风侧车道位置处呈现不同的形态;在风屏障透风率大于20%,高度小于3.5 m的情况下,上游车道的风速折减系数大于下游。风屏障风速折减系数神经网络模型可用于预测和评估风屏障的防风效果,研究结果为风屏障参数的选择提供参考。     

超高层建筑外表面复杂装饰条的风荷载特性研究

为展现建筑外形的多变性,超高层建筑外表面布置的装饰条尺寸越来越大,布置形式越来越灵活多变,其抗风安全性变得越来越突出。但装饰结构由于其体量小数量多而导致风洞试验难于直接测试其风荷载,因此该文研究利用数值风洞技术分析装饰结构的风荷载问题。以上海前滩一超高层为工程背景,该建筑外围四个面共布置72根装饰条,其中外围装饰条220 m高度以下均匀布置,220 m高度以上空间曲线交错布置。通过建立包括装饰条以及周边建筑的空间几何模型,求解不同风向角下的流场分布,从而获取了装饰条上的作用风荷载。通过统计分析不同风向角下不同高度区域装饰条的法向和切向风荷载系数分布特点,得出装饰条所受风荷载表现为明显的建筑拐角区域大而建筑平顺区域小的分布规律,并分析了其原因。给出装饰条的风荷载计算可以按照建筑外形划分为拐角区域、平顺区域以及过渡区域分别加以考虑,以及各个区域风荷载系数的控制取值,该结果可供类似工程项目设计提供参考。最后选取整体建筑表面的一些典型位置,对比了该些位置处风压的风洞试验结果与数值模拟结果,验证了数值模拟的可靠性。     

角钢输电铁塔横担角度风荷载系数取值研究

完成了10 m/s、15 m/s和20 m/s来流风速下的2个角钢输电铁塔横担模型风洞试验,得到了19个风向角下横担的风轴阻力系数,分析了横担角度风系数、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。在假定阻力系数相同的前提下,分别计算了由风洞试验和规范确定的横担有效投影面积。将试验确定的横担角度风荷载计算参数与国内外规范值进行了对比分析,提出了横担阻力系数、角度风系数和荷载分配系数的取值建议。中国规范计算横担阻力系数时,其计算式中的角钢构件阻力系数（1.3）建议由单片桁架阻力系数代替;风向角为0°时的横线向风荷载和风向角为30°时的顺线向风荷载取值偏于保守。     

下击暴流作用下超大型冷却塔风场驱动机理与风荷载极值模型EI北大核心CSCD

风荷载是超大型冷却塔结构设计的控制荷载,现行规范风压分布模型均针对良态风气候,缺乏下击暴流等特异风作用下的风场作用机理与风荷载分布模型。首先,采用冲击射流模型和大涡模拟(large eddy simulation,LES)技术模拟下击暴流三维非定常风场,分析了涡环运动、风速变化等风场特性;然后,以内蒙金山电厂228m世界最高冷却塔为例,揭示了处于风场不同径向位置处超大型冷却塔流场特性、风压系数瞬态分布,以及升/阻力系数分布特征;最后,与规范良态风作用下的考虑极值风效应的包络风压进行对比分析。研究表明:下击暴流发生过程中会产生一系列径向移动、反向旋转的气流涡环,各径向位置处风速随之呈现波动变化趋势;涡环撞击塔筒在迎风区外表面和背风区内表面形成高压区,在塔筒内部和背风面尾流区形成漩涡;塔筒内、外表面时程风压系数脉动趋势明显,底部区域受涡环影响震荡显著;冷却塔升力系数基本为0,层平均阻力系数自塔顶沿塔高方向逐渐增大,在塔底达到最大值;涡环对冷却塔的冲击作用极有可能引起瞬时极值风荷载超出规范良态风限值,进而易引起结构的破坏。     

风屏障对大跨度桁架桥风致振动及车辆风载荷的综合影响研究

为探究风屏障对大跨度桁架桥风致振动及车辆风载荷的综合影响,以某公铁两用桁架桥为背景,在XNJD-1号风洞中进行了1∶47.48的缩尺比节段模型试验,测试了无风屏障和设置不同风屏障方案时,车桥系统中车辆及桥梁各自的气动力系数、主梁的颤振临界风速以及主梁的涡振响应。结果表明:大跨度桥梁风屏障增加了车桥系统中主梁的阻力系数,降低了主梁的升力系数、车辆的阻力系数及升力系数。设置风屏障使主梁的颤振临界风速降低明显。风屏障在一定程度上可用作抑制主梁涡振的气动措施。     

考虑高架桥和风屏障影响的高速列车龙卷风荷载特性研究

针对高速列车在龙卷风等局地强风作用下的运营安全,开展了高架桥上高速列车在模拟龙卷风作用下气动力识别刚体模型测压实验,研究了不同龙卷风中心作用下列车气动力的空间分布特征,评价了风屏障对列车气动力的影响。结果表明:相比混凝土栏杆,风屏障将减小龙卷风作用下列车的整体阻力、升力和倾覆力矩系数的最不利值,但会增加整体俯仰和横摆力矩系数最不利值。采用风屏障将改变“气流?车?桥”间的相互作用机制,从而改变列车整体风力系数最不利值发生的龙卷风中心位置。风屏障高度对列车整体风力系数各分量的影响规律不相同。     

大型客运码头风荷载特性和风环境分析

采用刚性模型测压风洞试验与CFD数值模拟相结合的方法,对大型客运码头风荷载特性和风环境进行了分析。结果表明,CFD数值模拟得到的码头屋盖风荷载分布与试验结果相吻合,能够用于模拟复杂建筑群的绕流;客运码头建筑物的布置形式对其屋盖风荷载影响较大,降低屋盖下方附属建筑物的高度,可以有效缓解气流在屋盖前缘的分离,减小作用于其上的风荷载。码头风环境分析结果表明,建筑物对气流的干扰作用是引起风加速的主要原因,算例客运码头的风环境问题较为突出。     

曲壳裙房对球形高层建筑风荷载影响的数值研究

对一球形高层建筑在有和没有曲壳裙房情况下的表面风压分布进行了数值模拟和分析。结果表明,曲壳裙房对主体高层建筑的风荷载有着较显著的影响。裙房缩小了球形建筑迎风面和背风面的正风压区域,最大正风压略有减小;裙房较大程度地提高了球形建筑侧风面和顶面的负风压数值,整体结构的风荷载趋于增大,风压分布趋于不均匀。由于裙房的影响,在球面背风区下侧还观察到了明显的对称涡列。在对不同风向角下的风压分布规律进行分析的基础上,还给出了建筑物在最不利风向角下的最不利剖面上的风压系数分布曲线。     

180m高三管集束式钢烟囱风荷载特性风洞试验研究

为系统研究180 m三管集束式钢烟囱风荷载分布模式和时变特性,以国内某在建180 m高三管集束式钢烟囱为研究对象,通过同步刚体测压风洞试验,得到了不同风向角下三管集束式钢烟囱各排烟筒表面平均与脉动风荷载。在此基础上,对比分析了典型风向角下三个排烟筒表面平均风压、脉动风压、升/阻力系数和整体平均体型系数的分布规律,并探讨了风压信号的高斯和非高斯分布及时变特性,归纳了信号在时间和空间上的相关性,总结了风向角和干扰效应对三管集束式烟囱体系气动力分布的影响规律。研究发现:三管集束式烟囱体系风荷载干扰效应主要表现为遮挡效应,整体体型系数最大值为0.71。在0°、90°和180°风向角下,风压信号分别有59.9%、53.4%和56.9%表现出大偏斜和高峰态分布特征。主要研究结论可为多管集束式钢烟囱的风荷载取值提供科学依据。     

四分裂导线上风荷载变化规律研究

该文采用数值方法,对四分裂导线上风荷载进行了计算,分析了导线相对位置、风速、风向角和直径等因素对导向上的升力系数和拖曳阻力系数的影响。结果表明,当导线上下运动时,导线上的升力和阻力系数呈对称分布,距离越远,阻力系数越大,升力系数越小;导线水平距离变化时,水平距离增大,升力系数减小;当导线发生转动,转角为30°时,升力系数和阻力系数存在一个最小值;随着直径和风速的增大,导线的升力和阻力系数均增大。最后将计算结果与实验结果对比,验证了该文计算结果的可靠性。该研究结果可以为工程应用提供理论参考。     

某大跨度公铁两用桁架斜拉桥车桥系统三分力系数风洞试验研究

为研究复杂交通状态下车桥系统的气动特性,对某大跨度公铁两用桁架斜拉桥进行了节段模型风洞试验。测试了不同风攻角下单列车、两列车、三列车通过时车桥系统的三分力。研究了线路位置、桥塔、公路车流、双车及三车交会对车辆和桁梁三分力系数的影响。结果表明:当单列车从迎风侧线路向背风侧线路移动时,车辆和桁梁的阻力系数逐渐减小,但车辆的升力系数及桁梁的力矩系数在背风侧轨道达到最大;当列车通过桥塔,受遮挡车辆的平均表面风压会显著减小,当其位于迎风侧轨道时影响最明显,但在靠近桥塔边缘处的表面风压波动较为剧烈;双车交会时,车辆的阻力和升力系数随交会间距的增大而增大;三车交会时,位于迎风侧列车后方的车辆阻力和升力系数显著下降,中间车的升力系数最小且阻力系数为负数;随着桥上列车数量的增加,桁梁的阻力和升力系数逐渐增大,而力矩系数基本保持不变。     

高速铁路路堤-路堑过渡段复杂风场和列车气动效应风洞试验研究

中国地形地貌复杂多变,线路交替必不可少,为了探究高速铁路路堤-路堑过渡区域的列车气动效应和复杂风场,该文建立了大比例试验模型,采用风洞试验的方法对线路上方不同位置处的风速剖面和线路不同位置处的车辆气动力进行了测试。试验结果表明:路堤-路堑过渡段对气流的影响范围在轨道上方250 mm以内;线路交界处上方较低区域的风剖面由路堑主导,较高区域受路堤主导;风速变化对列车沿线移动的气动力变化趋势影响不大;在过渡区域,线路交界处附近对行车安全最不利,且路堤侧更为不利;受雷诺数效应的影响,气动力系数整体上随风速的增大而减小。     

桥梁风屏障的气动效应及其对高速列车运行安全的影响分析

基于风-车-桥系统动力分析模型,分析了风屏障对车桥系统气动效应及桥上高速行驶车辆运行安全性的影响。以新建兰新铁路百里风区跨度16 m简支槽形梁为工程背景,通过风洞试验测试了有、无风屏障时车辆、桥梁的三分力系数,然后对强侧风作用下车辆通过桥梁时的动力响应进行了数值模拟,综合分析得到了保证列车在桥上运行安全的风速-车速阈值曲线。结果表明,对未设置风屏障的桥梁,当风速超过15 m/s即应限速行驶;而设置风屏障后,桥上车辆的运行安全性指标得到了极大地改善,即使风速达到40 m/s,列车仍可以260 km/h的速度安全运行。     

局部开洞的折叠网壳结构表面风压分布研究

为了研究局部开洞的折叠网壳结构表面风压分布,基于流体动力学基本原理,探讨了房屋局部开洞下计算域的选取,计算方法、边界及壁面条件的确定。运用计算流体动力学软件Fluent6.3建立了计算模型,数值模拟得到开洞结构内外表面风压系数等值线的分布。在此基础上,分析了开洞结构房屋在不同风速,不同风向角,不同开洞位置及大小等主要因素下风场的分布规律,并与未开洞结构表面风压分布规律和内压系数估算公式所得到的结果进行了对比,其规律性吻合较好。通过内外表面风压系数,得到净体型系数的分布,提出应用于抗风设计的净体型系数分布表。     

大跨度空间结构抗风分析的数值风洞方法

数值风洞方法可为复杂形体结构的风压分布确定和结构风振系数选取等提供非试验性的依据。基于计算流体动力学理论,以空间结构为对象,研究数值风洞技术。数值模拟了不同空间结构形体表面及其周围的风场,计算了结构风载体型系数,并与风洞模型实验成果比较,验证数值风洞计算结果的正确性。研究了因其他结构物存在引起的结构风场和结构体型系数变化,探讨了用数值风洞模拟技术鉴别风洞模型试验可能存在的误差及其原因。基于结构表面等压线划分结构受风区域,并以面积加权平均计算得到区域体型系数。还分析了结构多风向角下的结构风载体型系数。     

直径30cm圆柱的气动力参数和绕流特性研究

为研究光滑圆柱的气动力系数和绕流特性,在均匀流中进行不同风速下的测压风洞试验,试验获得了阻力系数、升力系数、表面风压分布、风压相关性系数、斯托罗哈数等随雷诺数的变化特征,并将试验结果与以往结果进行比较。研究表明:升力系数的脉动值大于阻力系数的脉动值,说明涡脱造成的横风向激励比顺风向紊流激励剧烈;雷诺数位于临界区域时,圆柱表面风压分布呈现出对称-不对称-对称的变化过程,反映了由层流分离转化为湍流分离的全过程;在雷诺数为352000时呈现一侧为层流分离、另一侧为湍流分离的临界流态,风压呈现出左右不对称的单边泡形式;获得层流分离和湍流分离时的表面风压相关性分布特征,层流分离时圆柱同一侧的风压测点均呈较强的正相关,而湍流分离时在分离点前的区域相关性较强,分离点之后的区域相关性较弱;层流分离的升力系数谱有显著的峰值,表明尾流是规则的漩涡脱落,而湍流分离的升力系数谱没有明显峰值,表明尾流是随机的漩涡脱落。