大跨屋盖脉动风压的非高斯特性研究

在大跨屋盖表面局部区域,特别是迎风边缘区域和屋盖拐角区,风荷载会表现出明显的非高斯特性,如果仍采用高斯模型来描述,往往会产生较大误差。基于五种典型大跨度屋盖结构的风洞试验,对屋盖表面局部风压的高斯和非高斯特性进行了研究。首先通过对第三阶、第四阶矩统计量归纳分析,给出划分高斯区和非高斯区的标准并对大跨度屋盖进行分区;同时,运用基于k-s检验的曲线拟合方法也得到风压非高斯分区,利用分区结果,得到保证率为99.38%的峰值因子取值。将两种方法相对比,发现得出的分区结果相似:非高斯区域往往集中在来流前缘、后部尾流区及高点角区附近。此外,分析结果表明,对于大跨屋盖结构,应适当提高我国荷载规范中的峰值因子并按结构分区取值。     

Stochastic aspects of bridge deck aeroelasticity under turbulent flow

Returning to an earlier frequency-domain analysis of the problem of long-span bridge response to ambient winds, the paper emphasizes the indispensable experimental information necessary to bring results into conformity with full-scale prototype action. Focus is placed upon the use of a sectional wind tunnel model under simulated turbulent flow as the prime source of this information, which consists principally of the flutter derivatives and the spectra of the wind forces, both obtained under turbulent flow. The effect of three-dimensional turbulence upon the flutter derivatives is observed to influence structural stability in a manner consistent with that observed in full-bridge wind tunnel models.     

体育场双挑篷风荷载干扰效应的试验研究

摘要：以内蒙古乌海市奥林匹克中心体育场为工程背景,进行了刚性模型同步测压风洞试验,研究了2个不同高度挑篷之间的相互干扰效应,包括总风吸力、平均和脉动风压系数分布、以及典型测点的风压功率谱等。结果表明：高挑篷对低挑篷风荷载的干扰在某些风向角下较大,且主要表现为“遮挡”效应;低挑篷对高挑篷的干扰也主要表现为“遮挡”效应,但小于高挑篷对低挑篷的影响。     

两串列方柱局部脉动风压干扰研究: 第1部分 迎风面效应

对两个串列方柱在0°风向角下进行了其中之一的受扰方柱风压测量的风洞试验。根据试验结果,分析了施扰模型高度和位置变化对受扰方柱局部脉动风压的影响。结果显示,当施扰模型和受扰方柱等高时,随着间距比的增大,受扰方柱迎风面脉动风压增大,特殊的情况是在间距比小于4时,迎风面棱边和接近屋顶的部位脉动风压显著放大而中间部位其值则减小;当施扰模型位置固定时,随着高度比的增大,受扰方柱迎风面棱边和屋顶角部脉动风压相应增大,而迎风面中间部位则先增大后减小。     

阶梯形平屋顶及其参数对建筑屋面极值风压的影响

针对阶梯形平屋面的设计风压系数在前人研究及风荷载规范中都鲜有提及的现状,设计一系列刚体模型测压风洞实验,考察阶梯形平屋顶中等高度建筑的屋面极值风压特性以及阶梯高度和形状的影响。在验证数据可靠性基础上,重点讨论点极值风压及其最不利位置和风向角并据此确定阶梯形平屋顶风压分区;计算面积平均极值风压并将其与美国规范(ASCE7)进行比较。结果表明,阶梯形平屋顶的高层屋面极值负压最不利值与普通平屋顶并无差别,而低层屋面的极值正压和负压受阶梯参数影响明显。除附属面积较小时的负压超过规范限值外,其他面积平均风压结果与规范吻合较好。这些结果不仅能为阶梯形平屋顶的屋面系统设计提供参考,也为其将来纳入我国规范积累了基本数据。     

斜置拉索表面脉动风力特性研究

采用一套可调节拉索模型倾角和风向角的试验装置,通过同步测压风洞试验,测得了三维拉索（考虑了拉索的倾角和风向角）表面的脉动风压分布。风洞试验考虑了风向角和Re数的影响,试验风向角为0～45°,试验 Re数为1.17×105 和2.34×105,两种Re数分别处在亚临界区和临界区内。通过进一步的分析,得到了两种Re数下风压功率谱、脉动风力和风力功率谱随风向角的变化情况。研究表明：随着风向角的增大,斜拉索的Strouhal数逐渐减小;当Re数进入临界区后,拉索的脉动风压分布和脉动风力将发生很大变化     

单体1:1:6方形截面建筑绕流的大涡模拟

基于Fluent 6软件平台,采用大涡模拟(LES)方法对一宽高比为1:1:6的高层建筑缩尺模型表面的平均和脉动风压进行了数值模拟,并与相应风洞试验结果进行了比较和分析,然后,研究了不同来流湍流度对结构表面风压分布的影响.结果表明:(1)对于类似研究的00风向角下的方形截面建筑来说,结构迎风面风压直接受来流湍流的影响;侧面由于存在流动分离,其风压主要受分离产生的特征湍流的影响,受来流湍流度的影响较小;而背风面处于复杂的尾流区,其表面风压受到的影响因素比较复杂.(2)在风压系数的统计特性和自谱上,LES结果与风洞试验结果均能够基本保持一致,LES方法能够较准确预测结构表面的平均和脉动风压分布.     

非高斯脉动风压的模拟研究

对于风荷载数值模拟,大多数研究都是假定风荷载为平稳高斯随机过程。然而,在分离流作用的一些局部重要区域,例如建筑物屋盖边缘、屋面转角等,风荷载表现出强烈的非高斯特性。为了能够有效地模拟非高斯脉动风压,本文提出一种模拟非高斯脉动风压的框架。首先,根据风速与风压间的关系,严格推导出脉动风压功率谱密度函数。然后,基于导出的功率谱密度函数、Johnson转换系统和数字滤波理论,提出一种能够快速而有效的生成指定偏度、峰度和功率谱非高斯脉动风压的方法。最后,通过一个一维单变量非高斯脉动风压的模拟算例对该方法的可行性和正确性进行验证。数值结果表明：模拟生成的单样本非高斯脉动风压的统计参数例如偏度和峰度与目标偏度和峰度非常吻合,而且模拟功率谱与目标功率谱两者也吻合得很好。     

结构风振分析中的脉动风荷载频率补偿方法

以风洞试验相似理论和随机振动理论为基础,提出了风振分析中的脉动风荷载频率补偿问题,即根据已有的测点风压数据重构脉动风荷载的高频部分,其目的是解决由于缩尺比导致的试验采样频率转化为原型荷载频率后所存在的高频截断问题。对脉动风荷载频率补偿的必要性进行了探讨,指出被截断的高频信号可能导致结构风振响应分析结果失真;结合脉动风荷载能谱理论和本征正交分解(POD)技术提出了一种实用的频率补偿方法;结合一风洞试验分析了考虑频率补偿与否对单层网壳结构风振响应分析结果的影响,验证了方法的有效性。     

两并列方柱绕流相互干扰的数值研究

为了研究并列双方柱在不同间距比时气动力特性的干扰效应,采用刚性模型测压风洞试验的方法,通过改变两方柱之间的距离,得到了不同间距比下并列双方柱的风压系数、升力系数和阻力系数。结果表明：当间距比1.2≤L/D<2.5时,并列双方柱平均风压系数的干扰效应明显,且主要表现在内侧面,平均阻力系数和脉动升力系数的干扰效应表现为减小效应;当间距比L/D≥2.5时,并列双方柱的平均风压系数、平均阻力系数和脉动升力系数的干扰效应均不明显。     

檐口形状及附属构造对低矮建筑双坡屋面风压特性的影响

分析表明,低矮房屋在风灾中首先是围护结构的破坏,因此对于低矮房屋抗风性能的改进,最为有效的方法是减小屋面的极值风压。根据我国东南沿海农村住宅的调研报告,并结合浙江省民用建筑图集,8种适用于我国东南沿海农村居民低矮房屋建筑的檐口形状（包括各种檐沟或挑檐）在TJ-2风洞试验室进行了缩尺模型测压试验。研究发现,对于3种具有不同坡度的双坡屋面低矮房屋,这些形状各异且具有附属构造的檐口的出现,抑制了迎风向来流的分离和再附,从而减小了迎风向屋面前沿区域的负风压值;对于减小的幅度而言,拥有26.6&;#61616;和33.7&;#61616;坡角的坡屋面要比拥有14.0&;#61616;坡角的双坡屋面小得多;对于8种檐口而言,具有檐沟、悬挑盖板和竖直挡板的檐口表现出了优异的抗风性能,对最不利面积极值风压的影响,折减幅度可以达到47%以上。     

基于CFD方法的地面光伏阵列风压时程特性研究

风荷载是光伏支架最主要的设计荷载之一,目前对于屋顶上的光伏支架取值尚没有统一的标准。通过刚性模型测压风洞试验的方法,对不同女儿墙高度下平屋面阵列光伏板上风荷载分布进行分析。结果表明：对于平屋面上光伏板,无女儿墙时,光伏板的整体体型系数距离屋面边缘越近所承受的风荷载越大;女儿墙高度的增加可以有效减小平屋面光伏板所受到的风吸力。当女儿墙高度大约为0.42倍的光伏板高度时,其最大负压对应的折减系数可以达到50%以上;当女儿墙高度大于该高度后,女儿墙高度的增加对减小光伏板的风荷载效应趋于稳定。     

横风下高速列车突入隧道瞬变压力及列车风

针对高速列车在横风下突入隧道的普遍情形,考虑空气的非定常、可压缩湍流特性,建立列车-隧道-横风三维数值模型,对比研究有无横风条件下列车突入过程中隧道内的瞬变压力变化规律和列车风特性。通过将数值计算结果与现场实测数据进行对比,验证了数值方法的准确性。研究结果表明:与无横风情况相比,列车在横风中高速驶入时隧道入口周围的瞬变压力和列车风发生明显变化;在尾车完全驶入前,横风对背风侧气动压力的影响程度比迎风侧的大,其中头车突入时对隧道入口气动压力的影响最为显著;横风对隧道内气动压力和列车风的影响范围有限,当横风速度为24.4 m/s时,隧道内受影响距离为50 m;头车突入隧道时,横风对列车背风侧列车风的影响较大,而尾车完全驶入时,横风对列车迎风侧的列车风的影响比较严重。横风效应是列车背风侧气动压力和气流速度大幅波动的根本原因。     

超高层双塔建筑体型系数风洞试验研究

超高层建筑表面的风压分布对建筑表面围护结构的安全使用有重要影响。据某超高层建筑的刚性模型风洞测压试验,研究了超高层建筑周围在有、无干扰建筑的情况下,表面的风压分布特性以及一些特殊测点在不同风向角的情况下风压的变化规律。结果表明：当来流风向与平面垂直时,平面上的测点取到最大正压,当来流风向与平面平行时,平面上测点往往负压最大;环境建筑对该高层建筑侧风面的风压影响较大,但风压的分布趋势不变,不同在于会放大局部风压,尤其是建筑中部。为其结构设计提出一些建议。     

高速飞机总静压探头的气动设计、仿真和测试

阐述了高速飞机总静压探头的气动设计、CFD仿真、风洞测试、飞行校测。通过旋成体理论实现总静压探头补偿型面在设计阶段的快速调整,通过商用CFD软件得出静压误差的仿真。设计的总静压探头气动性能需要通过风洞测试的验证,并最终通过飞行校测验证其是否满足使用要求。     

鞍形屋盖极值风压系数模糊聚类分区研究

以鞍形屋盖为研究对象,针对其破坏主要始于屋盖边缘等部位的现象和关于鞍形屋盖风压分区无据可循的现状,围绕鞍形屋盖风压系数分区问题,采用模糊C均值聚类根据风易损程度将鞍形屋盖表面划分为多个区域。分区过程中,针对模糊C均值聚类对初始变量具有依赖性的问题进行了改进,包括采取预先限制聚类数目最大值与采用有效性指标确定最优聚类数目的方式。基于此,给出了鞍形屋盖表面的最不利平均、极值风压系数分区图,并计算了各区域的分区风压系数。     

不同风向角下斜拉桥拉索模型测压试验研究

研究风雨共同作用时拉索的气动力特性对建立拉索风雨激振理论模型是非常重要的。设计、制作了用于测压试验的拉索模型,以及可方便调节风向角的试验装置,并在风洞中进行了拉索模型的同步测压试验。试验得到了典型倾角的拉索模型在不同风向角时的平均和脉动风压系数和气动力系数。这些结果为建立精细的理论模型提供了基础。     

基于补偿方法的大跨屋盖脉动风等效静力风荷载

在刚性建筑模型风洞测压试验的基础上,首先求出脉动风致等效目标响应.然后根据惯性力组合方法求出大跨屋盏的脉动风等效静力风荷载,计算结果表明当模态阶数较少时误差较大.据此,基于等效目标响应和计算响应二者之间的响应差,提出了一种新的补偿方法去计算大跨屋盖脉动风等效静力风荷载,以此来克服模态阶效较少时所带来的较大误差;最后并应用于一实际结构中.计算结果表明补偿方法具有物理含义明确、计算方法简单和计算精度较高的优点,可以满足工程设计的需求.     

风洞分布测压试验校准技术发展现状

调研了目前国内外表面压力分布测试试验校准技术,分别总结了风洞试验中稳态压力分布和脉动压力分布的测试及校准现状。选取分布测压技术中具有代表性的压力扫描阀及压敏漆(PSP)测试校准技术展开论述,介绍了包括校准原理、试验流程及校准溯源链等校准试验的关键要素。通过对比国内外风洞测压试验校准技术现状,分析了我国测压校准体系存在的问题及相关解决方法,提出了我国风洞压力分布测试校准技术的发展方向。     

Wind loads on flat roofs of low-rise buildings with rounded leading edge

Using wind tunnel experiments, wind loads on the flat roofs of low-rise buildings with rounded leading edges were investigated under the effects of separation bubbles and conical vortices. First, pressure distributions on the flat roofs were presented. Second, total uplift forces and overturning moments were calculated by the introduction of area-averaged pressures. Third, eigenvalues and eigenvectors of fluctuating pressure were obtained by proper orthogonal decomposition. Finally, wind pressure characteristics at the rounded edges were examined. The results indicate that after the use of a rounded leading edge, suctions induced by separation bubble and conical vortices increase near the chamfer, decrease beneath the vortices, and stay invariant far from the leading edge. The area involved and the energy of pressure fluctuation decrease, with the largest decrease occurring on a flat roof with a larger fillet radius under conical vortices. In addition, the maximum decreases in peak total uplift forces and overturning moments reach 11% and 62%, respectively, and appear at skewed flows. The maximum suction and low-frequency spectral peak of pressure fluctuations at the rounded leading edge may exceed those at the neighboring region. As the fillet radius increases, the maximum suction and low-frequency pressure fluctuation energy at the chamfer decrease.