紊流风特性参数对矩形结构表面平均风荷载的影响

为了得到风特性参数变化对结构表面风压分布的影响规律,在风洞中采用格栅紊流,分别形成了紊流强度相同但积分尺度不同与积分尺度相同但紊流强度不同的几种局部紊流风场,以此来研究紊流风特性参数对矩形结构表面风压分布规律的影响,并给出了考虑这些影响的修正公式。结果表明:紊流强度增大会使矩形结构表面正压区体型系数增大,负压区体型系数绝对值减小;正压区风压变化规律与结构尺度无关,负压区体型系数除了受来流紊流强度影响外,还存在明显的尺度效应;紊流积分尺度增大会使矩形结构表面体型系数绝对值也增大,但不同区域变化幅度没有规律,很难进行统一修正。     

上海环球金融中心工程场地良态风环境特性观测分析

随着我国东南沿海地区超高层建筑不断涌现,对于高空风环境参数的现场实测和分析工作日显突出,这部分内容亦超出了我国建筑结构荷载规范的要求.上海环球金融中心大厦位于上海市浦东陆家嘴地区,周边超高层建筑排列密集,场地条件非常复杂,场地类别介于C类和D类之间.对上海市环球金融中心施工阶段高度为246～343 m的中强度脉动风特性进行了现场实测,统计并比较了不同高度和来流方向的紊流强度、阵风因子和紊流积分尺度,对水平和垂直方向来流脉动风功率谱密度函数进行了曲线拟合.     

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%。     

杭州市民中心风特性监测及风谱拟合

通过对作用在杭州市民中心的自然脉动风进行长期连续监测,对湍流强度、阵风因子和湍流积分尺度的统计值进行分析研究.分别采用10 min和1 h的基本时距计算纵向和竖向脉动风速谱,基于各向同性湍流理论推导出横向脉动风速谱,并与经验风谱进行了比较.最后,对纵向和竖向常用的几种功率谱密度函数进行了拟合修正,提出了精度优于常用风谱的谱函数表达式.     

顺风向脉动风速功率谱密度函数的分析研究

1、前言脉动风是风的动力成份,它是一种随机荷载,引起结构的随机振动。脉动风的数学模型包括概率分布特性、功率谱密度函数和空间相关性。脉动风速功率谱密度函数反映了紊流能量在频率域的分布状况,是进行结构随机振     

结构风工程与抗风研究的现状与展望

从近地紊流风特性、钝体空气动力学、结构风振控制三方面对结构风工程进行了分析研究,同时对结构抗风研究的发展现状进行了分析,并对结构风工程与抗风研究的发展前景进行了展望,从而为其进一步的研究提供了理论指导。     

紊流积分尺度对典型桥梁断面静力#br# 系数影响规律的风洞试验研究

为研究紊流积分尺度对典型桥梁断面静力系数影响的规律,文章通过在风洞中模拟紊流对典型桥梁断面进行测力试验。借助尖塔,格栅等方式模拟紊流的传统试验方法,难以模拟实际风场中的大紊流积分尺度。文章采用自主研制的主动控制翼栅,有效增大试验中风场的紊流积分尺度,通过控制主动控制翼栅的振动频率产生不同紊流积分尺度的风场。对单箱梁、双箱梁、桁架梁、边主梁、边箱梁五种典型桥梁断面在紊流下和均匀流下的静力系数进行了测定,其中紊流由主动控制翼栅产生。将五种典型桥梁断面在紊流下的静力系数和均匀流下的静力系数进行对比分析,结果表明在大紊流积分尺度下,阻力系数随紊流积分尺度增大而增大,且小于均匀流下的阻力系数值。结果也表明,在均匀流来测定桥梁断面静力系数对于实际工程应用是偏于安全的考虑,因此建议进行节段模型测力试验时,在均匀流中进行。     

扁平双边肋主梁桥梁断面抖振力及气动导纳频谱特性研究

以湖北荆沙长江大桥为背景,通过均匀流场和紊流场节段模型测力风洞试验对典型扁平双边肋主梁断面抖振力的频谱特性和气动导纳函数进行了研究.结果表明,由于特征紊流的存在,均匀流场中也存在抖振力,而且其频谱具有一个或一个以上的峰值;在紊流度约10%的紊流场中,特征紊流效应依然存在,其引起的抖振力幅值与均匀流场中相当,但由于来流紊流产生抖振力明显占据主导地位,因此特征紊流的作用并不明显;气动导纳与Sears函数有明显区别,而且并非随频率增加而呈单调下降趋势,在来流和特征紊流频谱峰值点附近均存在相应的峰值.     

高层建筑的横风向激励特性和计算模型的研究

将高层建筑的横风向激励分解为横风向紊流和涡激力激励。根据10个典型高层建筑模型的风洞试验结果,分别研究了两种激励的特性和计算模型,给出典型建筑的横风向紊流激励力系数、涡激力系数和相应的形状系数。特别着重研究涡激力功率谱函数和相干函数,总结出的结果可加深对高层建筑横风向荷载特性的认识,所建立的典型高层建筑的横风向荷载计算模型可用于实际工程。     

紊流积分尺度实用识别算法及其数值验证

对比现有的几种紊流积分尺度算法,针对其在某些来流条件下存在的系统偏差,提出了基于泰勒假定修正的紊流积分尺度识别算法。采用谐波合成法数值化地再现多组基于Von-Karman谱的宽频紊流及窄带单频的风速时程序列,利用该算法对紊流积分尺度进行识别,并将识别结果与预期理论值进行比较,提出基于时间尺度修正系数项的实用紊流积分尺度识别算法并进行了验证,得出对于宽带紊流,时间尺度修正系数适合取为2/3,对于窄带紊流,时间尺度修正系数适合取为6。结果表明:本文方法大大提高了紊流积分尺度的计算精度,具有很好的工程应用价值。     

考虑特征湍流影响的体育场悬挑屋盖脉动风压谱模型

基于风洞试验对体育场悬挑屋盖的脉动风压谱进行系统研究,旨在得到适用于此类结构的脉动风压谱模型,为风振响应分析提供必要的信息。通过对屋盖表面脉动风压进行谱分析,可知在屋盖前缘处的风压谱与来流风速谱较接近,但屋盖后缘处则差异很大,表现出明显的漩涡脱落特征。因此脉动风压自谱采用来流谱与漩涡脱落谱相结合的形式来描述,并通过权数因子体现屋盖表面不同位置处流场作用的特点。对于脉动风压互谱则用指数衰减函数来表示,并确定了适用于悬挑屋盖的衰减系数。为验证所提出风压谱模型的有效性及特征湍流对风致效应的影响,对系列悬挑屋盖结构进行风振响应分析,风荷载时程分别采用风洞试验测得的风压时程、基于建议风压谱模型模拟生成的风压时程、按拟定常假设生成的风压时程。基于建议模型得到的响应结果与试验结果基本一致,基于拟定常假设的风振响应极值偏小10%～15%,均方根值偏小30%～40%,脉动风压谱建模中不可忽略特征湍流的影响。     

低矮房屋风荷载实测研究(Ⅱ)——双坡屋面风压特征分析

基于可移动的双坡屋面实验房获取的近地面台风风速和房屋表面风压同步实测数据,研究了台风作用下低矮房屋屋面风荷载。研究结果表明:在斜向风作用下,迎风屋面屋脊角部区域、屋面角部区域易形成较高的局部峰值负压并具有较大的脉动风压,风压系数概率分布为非高斯分布。在低频范围内,屋脊角部区域脉动风压预测谱与实测压力谱吻合相对较好;在高频范围内,脉动风压预测谱都低估实测谱。相对良态气候条件,在台风天气条件下,来流气流与建筑物相互作用产生的特征湍流对高频范围脉动风压功率谱影响显著,未考虑竖向风攻角和竖向脉动风速变化相对显著,在屋面角部区域现行规范计算方法相对低估其脉动风荷载。     

大型体育馆悬挑屋盖风压特性的试验研究

通过对宝安体育馆进行风洞试验 ,对体育馆悬挑屋盖的平均风压和脉动风压分布以及总升力进行了分析讨论 ,并进一步对体育馆屋盖的测点脉动风压功率谱进行了分析。屋盖悬臂梁的迎风面和背风面的测点脉动风压功率谱表现出显著的差异 ,迎风面测点的脉动风压功率谱曲线在较低的频率出现驼峰 ,而背风面测点的脉动风压功率谱曲线在较高的频率出现驼峰。测点脉动风压功率谱曲线上出现的驼峰可能与测点所在区域的漩涡的脱落有关。有关结论对进一步开展大跨屋盖的研究提供了一定的参考依据。     

低矮房屋风荷载实测研究(Ⅰ)——登陆台风近地边界层风特性

基于可移动双坡屋面实验房及测风塔获取的"苏迪罗"、"彩虹"、"凯萨娜"和"芭玛"等台风登陆期间的三维脉动风速数据,对近地边界层平均风特性和湍流特性进行分析。分析结果表明:近地100m范围内平均风速剖面符合对数律和指数律分布,平均湍流度剖面符合指数律分布;与良态季风条件下相比,摩擦速度、地面粗糙度长度、平均风速剖面指数α值相对变大,平均湍流度相对增大20%以上;湍流度与阵风因子相关性与Ishizaki实测结果一致;纵向、横向和竖向三湍流分量的竖向相干函数衰减指数为16.82、7.23、3.69;离地3.2m高度处各向湍流分量的功率谱值大于10m高度功率谱值2倍以上,在低频范围各向湍流分量含能量相对要大,湍流功率谱高频段下降相对较快,在惯性子区各湍流分量的功率谱的分布显著偏离"Kolmogrove-5/3"律。     

强台风“黑格比”登陆过程中近地风场特性

为准确研究低矮房屋的风载特性,基于建造在强台风"黑格比"登陆地点的低矮房屋原型实测房,对强台风"黑格比"登陆的全过程进行了监测,获取了在强台风登陆过程中近地风场及实测房屋表面风压的实测数据。通过对台风登陆过程的风速及风向、阵风因子、湍流度、湍流积分尺度和风速谱等参数的分析,研究了强台风"黑格比"登陆时的近地风场特性,同时介绍了实测房屋及测压系统。结果表明:强台风"黑格比"的最大瞬时风速达到56.7/s,10m in最大平均风速为40.2m/s;台风登陆前,风速及风向脉动变化很大;台风登陆后,湍流度及阵风因子明显减小;风速变大,阵风因子与湍流度有减小的趋势;实测风速谱与von Karman谱吻合较好。研究结果将增进对强台风近地风场的理解和认识,可为今后改进低矮房屋的抗风设计提供参考。     

北京郊外近地面风场特性实测研究

基于北京延庆县某一近地风剖面观测点,观测获得了近地面冬季季风剖面实测数据,研究了近地风剖面的平均风速和风向角、湍流度、阵风因子、相干函数、湍流积分尺度和功率谱密度等风场特性参数,并与现行欧洲、美国、日本等相关国家规范进行了对比分析。研究结果表明：实测风速沿高度的变化规律除3.5m高度外,12.5m高度范围内实测结果与各国规范值基本符合;随着高度的增加,湍流度和阵风因子呈逐渐减小的趋势;实测湍流度结果与欧洲、美国、日本等相关规范湍流度取值较为接近,而与GB 50009-2012《建筑结构荷载规范》差异较大;10m高度范围内顺风向、横风向湍流积分尺度随着高度增加而增大,随着平均风速增大而增大,实测湍流积分尺度结果与国外规范值存在一定差异;随着测点间距增大,竖向相关性的衰减系数明显增大,且实测衰减系数结果与Davenport建议的衰减系数有明显差异;10m高度范围内各高度处的实测功率谱密度曲线基本一致,与已有经验谱有一定差异,但与Devenport谱接近。     

锥形超高层建筑脉动风荷载特性

采用同步测压技术,进行了具有不同锥率的超高层建筑刚性模型风洞试验,对该类建筑物的脉动风荷载特性进行了研究。结果表明：超高层建筑采用锥形轮廓后,延长了来流在建筑物侧风面漩涡脱落的卓越频率,横风向升力系数功率谱谱峰小幅下降,有利于缓解风荷载作用下建筑物横风向风荷载及其风致效应,这对横向风风致效应起控制性作用的超高层建筑十分重要。对比分析表明：随着建筑物锥率的增加,横风向升力系数归一化功率谱谱峰下降,功率谱带宽增大,升力系数根方差减小。但是,超高层建筑锥率的变化对顺风向阻力及扭转向扭矩影响较小。锥形超高层建筑的相关系数、相干函数的变化规律与普通棱柱形超高层建筑基本一致,但其升力以及升力与扭矩之间的相关性有所减弱,相干系数小幅增加。     

基于完全气弹模型风洞试验输电塔风荷载识别

按照基本缩尺律,设计、制作了输电塔完全气弹模型,并通过大气边界层风洞试验,测试了多种风速、风向条件下输电塔的位移与加速度响应。通过加速度响应功率谱识别出结构的固有频率,并采用Hilbert-Huang变换结合随机减量法识别出包含结构阻尼和气动阻尼的结构总阻尼。利用虚拟激励法建立了由测点位移响应来识别结构顺风向、横风向风荷载的方法。由识别出的风荷载谱曲线,利用非线性最小二乘法拟合得到输电塔顺风向、横风向风荷载经验公式。研究结果表明：风洞试验设计、制作的输电塔气弹模型,测试得到的模型第1阶自振频率与有限元计算结果吻合较好;横风向荷载谱形态与顺风向的相比有较大的区别,其能量分布在一个更宽的频带上,其峰值频率是顺风向的3～4倍。     

典型超高层建筑风荷载频域特性研究

在边界层风洞中对10个典型超高层建筑模型进行了测压试验,获得了测点层的顺风向、横风向和扭转风荷载,对风荷载的功率谱、相关系数和水平、竖向相干函数进行了细致分析。得出以下结论:方形建筑阻力系数谱的峰值频率基本上与来流纵向风谱保持一致,升力系数谱的频带随着地面粗糙度的增大而变宽,能量减小,扭矩系数功率谱的能量随紊流度的增加而增加;矩形建筑长边迎风时,升力和扭矩系数谱均表现出很强的旋涡脱落特征,斯特罗哈数约为0.11,短边迎风时,升力和扭矩系数谱的频带明显变宽,峰值频率降低;升力和扭矩系数的相关性比较强,而阻力系数和升力系数、扭矩系数之间的相关性则相对小些;在旋涡脱落频率附近,升力系数和扭矩系数的相干性都明显增强。