复杂体型低矮房屋风荷载特性风洞试验研究

对具有复杂体型的"L"型和"T"型低层房屋风荷载特性进行了风洞试验研究.研究了屋面平均和脉动风压系数的分布规律以及体型系数,并与传统"一"型低层双坡屋面房屋的风荷载特性进行了对比分析.结果表明:30°坡角时,屋檐及屋脊附近因气流分离常形成较高负压,迎风屋面平均风压系数多呈环状分布;当屋面处于背风区域时,风压系数分布较均匀;"L"型和"T"型低层房屋与传统"一"型房屋相应各面体型系数变化规律有一定的相似性,但是必须考虑各面间的相互干扰使得其风压增大的效应.     

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。     

数值模拟风荷载下低矮房屋屋架结构应力响应

为进一步指导建筑物结构防风设计的进行,将计算机数值模拟、风洞试验和工程算法有效地结合起来,运用大型有限元分析软件ANSYS 11.0对房屋结构进行有限元建模,将风洞试验各测点得到的风压值施加在有限元模型上,得到不同风向角下房屋结构对风荷载的应力响应,并重点对主承力屋架结构进行了工程强度校核。分析结果证明这种研究方法对房屋结构设计具有更直接的指导意义。     

低矮房屋墙面风压分布特性风洞试验研究

通过风洞试验对村镇地区常见的带有硬山搁檩的低矮房屋外墙面风压规律进行研究.讨论了房屋在完全封闭、门窗洞口打开的情况下,风对建筑风荷载的影响及平均风压系数分布规律,由此对比开洞与否对墙体的影响.结果表明,开洞后对房屋正立面和背立面的平均风压系数有明显影响,而对左立面和右立面基本无影响.     

弧形内凹大跨屋盖结构风荷载特性的风洞试验与数值模拟

对弧形内凹大跨钢屋盖航站楼结构的风荷载特性进行了风洞试验研究,得到屋盖平均和脉动风压系数,结构分区体型系数.理论分析采用基于Reynolds时均的RNG k-ε湍流模型,通过FLUENT软件对结构在部分风向角下的三维定常风场进行了数值模拟,分别从风压系数分布、分区体型系数变化和风速矢量图等方面进行详细研究,并与风洞试验结果对比分析.结果表明:风洞试验和数值模拟结果吻合良好,两者可相互验证.屋盖结构均承受风吸力作用,气流在迎风区域分离后形成的漩涡作用将使局部产生较大的负压区.屋盖上挑檐进行开洞处理,以及在挑檐下部设置导流板,可以有效减小其所受风荷载作用.     

典型超高层建筑风荷载的风洞试验研究

通过测力风洞试验对典型超高层建筑风荷载的作用机理进行了系统的研究。评估了各风力脉动分量的相关特性,研究了结构顺风向、横风向和扭转基底谱的分布特征,分析了结构三维等效静力风荷载及顺风向风振系数,并与规范结果进行了对比研究。研究成果可为超高层建筑的抗风设计及相关研究提供有用的资料及依据。     

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。     

复杂边界条件下圆柱壳结构瞬态振动特性分析

针对复杂边界条件下圆柱壳结构瞬态振动特性研究不足,本文提出一种半解析法分析圆柱壳结构的瞬态振动特性。基于区域能量分解法和Reissner-Naghdi's线性薄壳理论,将柱壳沿壳体的母线方向分解为若干子壳段,并推导出圆柱壳结构一般边界条件下的求解模型。柱壳结构的位移函数用Chebyshev行列式和傅里叶级数表示,并引入最小二乘残差来消除计算的不稳定性。对柱壳结构进行瞬态振动特性分析,通过与有限元仿真计算结果对比验证了本文方法的有效性,结果表明:同一频段范围,结构厚度越小,位移曲线峰值越多,瞬态响应越大;损耗因子主要影响结构的共振峰值,对结构固有频率的影响较小。     

基于风洞试验的高层建筑风致响应和 等效风荷载计算

针对复杂体型和有气动干扰情况下高层建筑的风致响应和设计风荷载问题,提出一种基于风洞试验的计算方法,利用同步测压的风洞试验数据获得高层建筑的风压测层合力,基于简化层模型,在频域内给出该高层建筑风致响应和对应于各种响应等效风荷载的计算方法,并将该方法应用于某高层实例.分析表明：位移响应以第1阶模态贡献为主,加速度响应的前几阶模态均有贡献;采用频域和时域方法获得的位移和加速度响应吻合较好;本实例中基于顶部位移、底部剪力和底部弯矩的等效风荷载结果非常接近;等效风荷载的累加值可用来判断最不利风向角.     

不规则结构扭转风荷载

对具有“靴型”造型的超高层建筑进行多点同步测压风洞试验,详细研究该类建筑的扭转风荷载.引入扭转向等效力偶的概念,比较扭转向等效力偶与水平风荷载之间的大小关系.结果表明：等效力偶与水平风荷载量级相当.比较分析各测点层平均和均方根扭矩系数随风向角的变化关系,发现两者都与截面的厚宽比有着密切的联系.最后,采用最小二乘法对超高层建筑扭转层风荷载规格化功率谱曲线进行了拟合,并通过拟合曲线直观反映了扭转风荷载受层高、厚宽比等参数的影响规律.     

嵌段共聚物薄膜中大长径比柱状相的垂直取向

利用PG(含少量甲基丙烯酸缩水甘油酯的苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯无规共聚物)刷对ITO基板改性,在其上面旋涂不同厚度的聚苯乙烯-聚甲基丙烯酸甲酯嵌段共聚物(PS-b-PMMA)薄膜,对薄膜进行热退火和丙酮蒸汽退火处理,使用TEM、SEM、AFM对退火后的嵌段共聚物薄膜形貌进行表征。结果表明,热退火只能使最大厚度(120nm)约为3个相结构周期的薄膜相畴垂直取向,而后继续丙酮蒸汽退火30min,则能使厚度达4个相结构周期的薄膜相畴垂直取向。     

双层球面网壳的风振特性与等效静风荷载

对于网壳结构的抗风性能研究以往大多针对单层网壳,而实际工程中应用较多的则是双层网壳,因此,有必要研究双层网壳的风振性能和抗风设计方法.以实际工程为例,对双层球壳结构的风致动力响应特性进行系统研究,结果表明,对于刚度较大的双层球壳,脉动风响应以背景分量为主,结构对风荷载的动力放大作用可以忽略不计.在此基础上以脉动风荷载均方差作为基向量,提出一种不同于现行规范的等效静风荷载表达方法.     

大型单立柱双面广告牌风荷载及风振响应分析

大型单立柱双面广告牌的风致破坏时有发生,为研究其在强风下的破坏机理,完善大型户外广告牌结构的抗风设计,本文以典型的双面广告牌结构作为对象开展了两类模型风洞试验.首先通过刚性模型的面板测压风洞试验,分析了上部结构平行面板方向、垂直面板方向和扭转荷载的风力系数随风向角变化规律,针对最不利工况,给出了沿面板长方向风压分布及整体结构风力系数,以及垂直面板方向和扭矩风荷载功率谱的建议公式;通过气动弹性模型的高频天平测力风洞试验,研究了双面柔性广告牌的基底力响应.综合静力刚性测压和动力气弹响应两阶段试验结果,给出双面广告牌垂直面板方向和扭转风振响应的理论计算方法.计算表明:对垂直面板方向风荷载的理论计算,荷载谱需考虑气动导纳函数的影响,对于扭转荷载谱,主要为湍流和漩涡脱落激励的贡献.气动阻尼对结构共振响应的影响非常显著.利用理论方法计算的风振响应与气弹动力试验的结果吻合良好,可用于户外广告牌风振响应的计算.     

带TMD结构的大阻尼比复振型叠加反应谱法

为了对具有非对称质量矩阵、非对称刚度矩阵和非经典大阻尼矩阵特征的带TMD结构进行更精确并便于工程应用的抗震设计,用大阻尼比复振型叠加设计反应谱法进行了地震响应及效应分析.用复模态法对非经典方程进行解耦,得到了结构地震响应的时域表达式,根据解的复共轭特征和欧拉变换,进一步把地震响应表示为一系列等效单自由度体系位移和速度响应的线性组合,再根据反应谱理论并考虑大阻尼比转换就可以求解带TMD结构基于设计反应谱的地震响应和效应并进行抗震设计.通过一个算例来说明大阻尼比复振型叠加设计反应谱法的应用,计算结果表明:带TMD结构有较好的减震效果.     

海上风力发电机组塔架海波载荷的分析

由于海上风力发电机组的外界载荷条件比陆地上的风力发电机组更加复杂,因此在机组设计中要考虑到海上风机载荷条件.在研究海波性能和运动规律的基础上,给出了海水中的塔架载荷的计算公式;针对海上风力发电机组的结构特点,将研究的海波载荷计算方法用于风机的塔架载荷计算,以1.0 MW风力发电机组为例,对塔架所承受的海波载荷和风载荷进行了计算,经过对比分析可知,风载荷大于海波载荷并为同一数量级的载荷,因此,在设计中更应注意这两种载荷的耦合作用.     

高宽比对土坯砌体破坏模式的影响

为了研究不同高宽比的土坯墙体的破坏模式,在试验研究与有限元模拟的基础上,得到了不同高宽比下土坯墙体的破坏机理与破坏模式.对比分析了不同高宽比对墙体的承载力、延性、刚度等抗震性能的影响.结果表明:高宽比0.5≤λ≤1.2时,墙体发生合理的剪切型破坏;高宽比1.2≤λ≤1.5时,墙体发生沿水平截面的剪摩破坏.研究结果对于土坯墙体的抗震设计具有一定的参考意义.     

叶片刚度对风力发电机组载荷的影响

为了研究受叶片刚度变化影响的载荷灵敏度问题,提出利用柔性多体动力方程对全耦合风机进行建模的方法,并考虑叶片旋转时产生的空气动力、重力及离心力作用对叶片进行模态分析,求解叶片的气动阻尼.运用Newmark法对风力发电机组叶片进行动态分析计算,得到总的动态响应载荷.以某3 MW风力发电机组为例,计算叶片在不同刚度下的载荷敏感度,仿真其在额定风速下的正常发电情况,获得其叶根、塔底、偏航轴承以及轮毂的载荷.仿真结果表明,叶片刚度降低导致叶根载荷减小,但是塔底、偏航轴承载荷增加;叶根XY、塔底Z、偏航轴承Y及轮毂Z方向载荷变化较为敏感.     

矩形高层建筑风荷载气动导纳研究

为探究深宽比对矩形高层建筑风荷载气动导纳的影响,本文对深宽比为0.11～9的矩形高层建筑进行了风洞测压试验,研究了正交风向作用下不同深宽比建筑各立面脉动风压与基底阻力的气动导纳的变化规律,并与基于准定常假定的Vickery模型和Solari模型作了比较;通过拟合分析获得了适用于不同深宽比建筑基底阻力的气动导纳的闭合表达式.结果表明:当建筑深宽比小于0.5时,迎风面脉动风压及基底阻力的气动导纳与Vickery模型较为接近,但随深宽比增大,气动导纳在高频区的衰减速度变缓,Vickery模型和Solari模型较试验值显著偏小;在建筑背风面和侧风面上,因流动分离、再附和旋涡脱落等非定常流动的影响,脉动风压的气动导纳在高频区域会出现大小不等的峰,此时Vickery模型在变化规律和数值大小上均不再吻合.本文获得的幂函数形式的基底阻力气动导纳拟合式可以较准确地预测不同深宽比矩形建筑的基底阻力气动导纳.     

低层双坡房屋屋面风荷载的数值研究——坡角和高宽比影响的分析

为探讨屋面坡角和房屋高宽比对低层双坡屋面房屋的屋面风荷载的影响，采用数值模拟方法并结合足尺模型测试的验证，对一系列具有不同坡角和高宽比情况的双坡屋面房屋的屋面风压分布进行了参数分析.利用基于Reynolds时均方程和可实现的k-ε湍流模型的模拟方法，得到了不同几何外形的屋面平均风压的分布曲线，总结了屋面平均风压系数随高宽比、坡角变化的基本规律.结果表明,随着屋面坡角的增大，迎风屋面的风压绝对值趋于减小，背风屋面则趋于增大，推荐坡角为15°～25°；屋面风压随房屋高宽比的增大而增大.     

数值风洞模拟结构静力风荷载的可行性研究

应用目前可用于工程实践的、具有较高精确度和通用性的经典湍流模型——雷诺应力模型(RSM)．进行了20多个涉及独立墙体、悬空广告牌、柱体和两个高层建筑静风荷载干扰效应流场的算例分析,并将计算结果与相关的风洞试验或现场实测结果进行了比较,从总体上阐述了两者间的异同,验证了数值风洞模拟结构静力风荷载的可行性．