高层建筑顺风向风振动力反应时程分析

采用了谐波叠加法模拟作用在结构上的顺风向脉动风压,同时为了能反映作用在迎风面不同点上脉动风压的相关特性,首先生成脉动风速互谱密度矩阵,然后采用三角分解法进行分解,再以此生成脉动风压作为输入脉动风荷载,采用Newmark方法计算结构的动力反应时程.对两栋高层建筑的风振反应时程计算结果表明,本方法得到的结构动力反应均方根值与建筑结构荷载规范中采用的谱分析结果有较好的吻合性;风振反应以共振反应为主,非共振反应值占次要的部分.这与谱分析法得出的结论也是一致的,说明了利用谐波叠加法模拟脉动风压时程的准确性.这对于正确估算结构的风振反应值,为高层建筑风振控制措施设计提供参考依据是有一定意义的.     

简谐波叠加法模拟风谱

目的模拟脉动风荷载，在时域内实现数值模拟建筑结构的内力分析和变形计算．方法采用Davenport风速谱并根据Shinozuka理论，应用简谐波叠加法分别模拟了脉动风速、脉动风压和脉动风荷载时程曲线．结果求出了该风谱的功率谱密度和相关函数，并分析了某12层框架结构的顶层位移和加速度反应．证明此方法高速有效，且符合工程精度的要求．结论理论值和实测值的比较结果表明简谐波叠加法是一种正确有效的风荷载分析方法，能够反映结构的基本动力特性，对高层建筑的风振控制有一定的应用价值．     

复杂体型超高层建筑风压脉动特性

为研究超高层建筑顺风向和横风向脉动风压功率谱的变化规律,以某X型超高层建筑为工程背景,进行刚性模型测压风洞试验.利用Tamura等基于准定常假定提出的由顺风向脉动风速谱转化得到顺风向脉动风压谱的方法将Davenport和Kaimal风速谱转化为脉动风压谱,并将两者得到的风压谱与试验结果进行了对比;利用Ohkuma等提出的矩形建筑横风向风荷载功率谱的数学模型来拟合侧风面测点脉动风压谱,结果能够与试验很好的吻合.分析了相同高度处各测点之间以及不同高度测点层各测点脉动风压之间的相关性;最后研究了测点风压的水平和竖向相干性,并利用基于单参数最小二乘算法的计算程序对测点空间相干函数曲线进行拟合,结果与风洞试验吻合较好.     

某核电常规岛厂房风振计算及风荷载频域分析

分别在A类地貌和B类地貌中测得某核电常规岛厂房的刚性模型表面风压风洞试验数据。用频域方法计算了厂房屋盖风致动力响应。计算结果显示结构动态位移响应在不同地貌中差别较小。且正面迎风时结构风致动态位移均方根响应比斜向迎风时要小。分析了不同风向角下结构表面风压谱密度的分布,结构正面迎风时,结构表面风压谱密度函数能量主要分布在低频段;当风沿斜向作用时,结构表面风压谱密度函数能量主要分布在高频段。风压谱密度函数谱峰对应的折算频率与结构振型对应的自振折算频率一致时,结构风致动力响应将会增大。     

高层建筑周边三维瞬态风场的混合数值模拟

为了改进高层建筑周边瞬态风场数值模拟方法的计算效率,在随机流场生成方法和计算流体动力学(CFD)的基础上提出高效的混合型数值模拟方法.采用雷诺应力模型求解标准高层建筑模型(CAARC)周边的时均化湍流场,结合获得的雷诺应力张量修正瞬态风场的风功率谱.运用随机流场生成方法和快速傅里叶变换技术模拟得到该建筑周边的三维脉动风速场.以谱密度函数、互相关函数以及空间相关系数为特征指标量,对风速场模拟样本的物理和数值特征进行验证.研究表明：计算得到的风场满足流体不可压缩条件,与传统模拟方法的结果相比更符合风谱能量分布等真实大气湍流物理特征,证明提出的瞬态风场混合模拟方法可以高效准确的求解受建筑干扰后的真实三维脉动风速场.     

雷暴风三维脉动风速场数值模拟

基于壁面射流模型,将雷诺应力模型（RSM）计算得出的Reynolds应力张量引入Letchford谱和Panofsky谱,利用大涡模拟（LES）计算得出的脉动风速结果对其进行验算.对偏差较大的风谱函数进行进一步修正,得到与LES计算结果较吻合的自功率谱函数.结合随机流场生成技术和快速傅里叶变换技术,提出满足不可压缩条件和点相干函数的适用于雷暴风三维脉动风速场的高效的数值模拟方法.为了验证该方法的合理性,选取流场中水平径向风速较大处在高度方向上逐点生成三维脉动风速,对每个点的模拟结果从自功率谱函数和时间相关函数两方面进行验证.模拟值与目标值的吻合效果良好,说明采用提出的方法可以高效、准确地模拟出雷暴风的三维脉动风场.     

索桁式玻璃幕墙风荷载时程模拟及风振响应

在利用时域分析法研究索桁式玻璃幕墙在脉动风荷载作用下的响应情况时,需要得到其表面脉动风压时程数据.以随高度变化的风速谱（Sim iu谱）为基础,通过自回归线性滤波法,模拟出空间多结点相关脉动风压时程随机序列;由模拟结果计算出的功率谱与目标功率谱吻合良好.将所得时程数据加载在索桁式玻璃幕墙的有限元模型上进行瞬态计算,对位移结果做统计分析,获得适用于结构设计使用的风振系数.     

半平面体弹性问题的边界积分公式及应用

从格林函数和双调和函数的基本解出发，将双调和方程的边值问题转化为一个只与边界面力有关的边界积分方程，进而求得具体面力条件下半平面弹性问题的解析解．并用以研究底板岩层中的应力分布，得到了底板应力增量分布的解析计算公式，该公式直观、简洁，便于进行数值计算．     

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.     

锥形涡诱导下正方形平屋盖风压特性

为揭示旋涡作用下的脉动风压功率谱特性和确立谱能量与旋涡运动或湍流尺度之间的演变关系,基于大跨屋盖结构风洞测压试验,以涡轴方向测点列和横风向测点列为研究对象,分析了来流非垂直于迎风墙面时3种不同来流工况(均匀流、格栅紊流和B类地貌)和3种不同风向角(15°、30°和45°)下正方形底面的平屋面风压分布和锥形涡涡轴的运动特征.分析结果表明,3种来流工况下屋面最大风吸力、最大脉动值均出现在屋面下三角区的迎风顶点附近.3种风向角下,30°时在迎风顶点附近锥形涡诱导的平均、脉动风压均达到最强.对于同一来流工况下,随着风向角的逐渐增大,涡轴与迎风前缘的夹角和再附作用范围均在逐渐减小.涡轴方向迎风点附近测点风压谱谱峰值与其对应的屋面风吸力成正比例关系:在高频范围内,测点风压谱相应频率对应的谱能量峰值越大,屋盖平均风吸力也越大;在低频范围内,相应频率对应的谱能量峰值越大,其脉动风吸力也越大.均匀流下涡轴方向各测点间的互相关性较弱,格栅紊流和B类地貌下测点间的互谱曲线呈现指数衰减模式.     

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.     

塔桅结构三维定常风场风洞试验及数值模拟

利用风洞试验对杭州湾跨海工程海中平台及观光塔模型在各种风向角下的风压分布情况进行了测试,研究了观光塔结构在不同方向风荷载作用下风压的变化情况。采用FLUENT6软件平台,选用标准κ-ε和Realizableκ-ε2种湍流模型计算了大气边界层中杭州湾跨海工程海中平台与观光塔的定常风流场,并将数值计算结果与风洞试验结果进行了比较。结果表明：基于FLUENT6的标准κ-ε和Realizable κ-ε模型均能给出工程设计要求的精度;但对建筑物的不同位置,2种模型反映的精度有所区别。该研究可为精确计算风荷载提供依据,对工程设计有较好的参考价值。     

直流式低速风洞流动特性研究

针对新建的东北电力大学直流式低速风洞,介绍了其流场品质的测试方法和测试数据分析.包括:实验段风速、气流稳定性、流场均匀性、气流偏角、紊流度等五项,给出了测量的数值结果和相关参数的分布曲线,并确定了风机工作频率与气体流速之间的关系.     

典型超高层建筑横风向气动力谱的构成分析

通过风洞试验得到典型超高层建筑的横风向脉动风荷载分布,将横风向脉动风荷载作用分解为横向紊流及旋涡脱落2种作用机理的共同作用,分析了横风向气动力谱的构成成分,并将分析结果与高频动态测力天平的结果进行了对比研究．结果表明:横向紊流对横风向气动力谱的贡献较小,而旋涡脱落激励对总横风向气动力谱的贡献较大;在不同风场中这些贡献量会发生改变．根据同步测压试验分解横风向气动力谱的方法可以清楚地解释超高层建筑横风向气动力谱的构成成分．     

三边形桅杆风荷载谱模型试验研究

对三边形格构式桅杆进行了均匀流和两种紊流下的高频测力天平风洞试验,得到了顺风向、横风向和扭转向的气动力系数以及脉动风荷载谱。采用基于风速谱的数学模型对顺风向脉动风荷载谱进行拟合,验证了该经验公式在不同流场下的适用性。根据试验所得横风向和扭转向脉动风荷载功率谱曲线的特点,建立由紊流激励和旋涡脱落激励两部分组成的谱函数数学模型,最小二乘法拟合结果与风洞试验结果吻合良好。横风向脉动风荷载谱以紊流激励为主,紊流强度15%时旋涡脱落激励贡献仅占10%,扭转向脉动风荷载谱中旋涡脱落激励贡献明显增大,达到40%。     

基于Copula函数的建筑动力风荷载相关性组合

为了得到经济合理的抗风设计方案,提出一种基于Copula函数的高层建筑动力风荷载相关性组合方法.在某高层建筑模型高频动力天平试验(HFFB)数据的基础上,通过Copula函数和风荷载分量的边缘分布构建任意两分量的联合概率密度函数(JPDF),引入条件极值,计算二者的相关关系和组合值;利用各风向角下的组合值构建了最不利包络荷载组合,并以此为结构的设计风荷载.结果表明,该方法能够确定给定保证率下任意两风荷载分量的组合关系;以最不利包络荷载组合为设计风荷载能保证结构的抗风安全性.     

中、美、澳荷载规范关于脉动风特征的规定，

结合中国、美国、澳大利亚三国规范中的相关规定,对脉动风湍流强度、湍流积分长度以及脉动风速功率谱进行了比较。对比分析表明：由中国规范推导出的湍流强度远远小于美国、澳大利亚规范的相关规定;中国规范选取的湍流积分长度不随高度变化,而美国、澳大利亚规范选取的湍流积分长度随高度的增加而增加,在相同高度处,中国规范所选取的湍流积分长度值介于美国、澳大利亚规范之间;在一般建筑物自振频率范围内,中国规范所采用的脉动风速功率谱谱值比美国、澳大利亚规范规定的谱值大。     

雷暴冲击风作用下高耸输电塔风振响应

基于考虑雷暴移动的冲击风风场模型,将非稳态高斯过程的冲击风脉动风速表达为稳态高斯过程和调幅函数的乘积,联合运用FFT算法和谐波叠加法模拟了冲击风水平方向脉动风速.通过风洞试验得到输电塔风载体型系数.采用准定常假设,并考虑到风向不断随雷暴的移动而改变,提出了作用于输电塔的雷暴移动冲击风风荷载模型.采用Runge Kutta法分析了输电塔在冲击风荷载下的风振响应.针对冲击风过程的非稳态特性,采用多样本统计方法定量分析了输电塔响应动力放大作用,着重探讨了不同尺度的冲击风对输电塔风致响应的变化规律.冲击风尺度变化对输电塔响应影响较大,但对动力放大系数影响不明显.当冲击风的最大风速为60 m/s时,位移动力放大系数为1.4左右.