基于PIV技术的平屋盖表面分离泡流动结构研究

该文利用粒子图像测速技术,通过风洞流场显示试验,观察了大跨平屋盖表面的分离泡现象,给出了不同来流工况下多个可视化平面的旋涡流线和涡量场分布。试验结果表明,当风向垂直于平屋盖迎风前缘时,屋盖顶面将出现典型的分离泡现象,涡量场的负向峰值出现在迎风前缘处,屋面风压力随离迎风前缘距离的增加而减小。均匀流场下流动将在迎风边缘产生分离而后再附,再附长度近乎横跨整个屋盖;而湍流场中的小尺度湍流促使分离剪切层较早地再附形成分离泡,且湍流度越大,旋涡再附长度越短。运用FLUENT模拟了平屋盖表面的分离泡,与流动显示试验结果吻合较好。通过多个可视化平面的综合分析得到分离泡的三维形态特征,建立了旋涡的演化、涡核位置与建筑物表面压力分布的内在联系,获得了若干有价值的结论。     

锥形涡及其诱导下的马鞍屋盖表面风荷载

通过刚性模型风洞测压试验,对锥形涡及其诱导下的菱形马鞍屋盖表面风荷载进行了系统研究:⒈分析了锥形涡诱导下的屋盖表面平均、脉动风压分布特点;通过脉动风压谱,着重分析了马鞍迎风前缘(易损区域)的平均、脉动风压分布机理。⒉通过风压信息确定了锥形涡的特征参数(涡核位置、作用范围),给出了定量结果;分析了锥形涡涡轴的左右摇摆运动,分别从定性和定量方面建立了锥形涡涡轴的运动与屋面吸力脉动之间的关系。⒊用测点风压时程的三、四阶矩对风压的非高斯特性进行描述,给出划分高斯、非高斯区的标准,并在此基础上对马鞍屋盖表面进行了分区;分析了锥形涡作用下屋盖表面风压非高斯特性的产生机理。     

马鞍屋盖表面面积平均风压特性研究

为完善我国建筑荷载规范中有关围护结构和覆面材料的设计,本文提出了面积平均风压的概念。通过刚性模型风洞测压试验,研究了马鞍屋盖表面的面积平均风压特性。⒈ 以锥形涡为引,确定各矢跨比马鞍屋盖表面出现锥形涡的来流工况,以涡核吸力和涡核互相关性为依据,确定了马鞍屋盖的最不利风向为沿高点连线方向。⒉ 在一定附属区域内对单点风压进行集合,得到面积平均风压（时程）;在马鞍屋盖表面实行各种分区,探讨了最不利风向下各面积平均风压时程的峰值吸力随附属面积的变化趋势,得到了相应的拟合公式;通过各区域内单点风压时程的累积概率分布,验证了该拟合公式的准确性与有效性;根据偏度和峰度值大小,分析了面积平均风压时程的非高斯特性,并与单点时程的风压特性进行了比较,结果表明面积平均风压时程曲线中风压脉动分布均匀,高频脉动减少,因而其非高斯特性并不如单点突出,且普遍偏向高斯分布     

马鞍屋盖表面锥形涡流动模型研究

该文基于大跨平屋盖和马鞍屋盖表面锥形涡流动显示试验,对现有的兰金涡模型进行改进,在其涡核区与势流区之间添加过渡区,从而建立了简化的二维锥形涡流动模型,给出了旋涡上部流速、旋涡内部流线曲率以及屋面涡核吸力之间的定量关系。据此流动模型,分析了旋涡强度的影响因素即为旋涡内部流线曲率和旋涡流速：旋涡内部流线曲率越大,旋涡转速越快,旋涡强度越大。基于流动显示试验和测压试验所得平屋盖以及马鞍屋盖表面各旋涡参数之比,以平屋盖表面锥形涡为基准,量化了各风向下马鞍屋盖表面的锥形涡强度。通过加入考虑旋涡效应对传统准定常理论进行修正,给出了锥形涡涡核吸力(均值、峰值)的计算公式,并将计算值与马鞍屋盖刚性模型风洞测压试验数据进行对比,验证了锥形涡流动模型对于预测马鞍表面锥形涡涡核吸力的有效性。     

大跨屋盖的包络等效静风荷载

根据大跨屋盖不同等效目标的静风荷载分析,提出包络等效静风荷载的概念和估算方法.比较了不同等效目标的等效静风荷载产生的屋盖节点竖向位移峰值响应以及杆件内力峰值响应,说明包络等效静风荷载产生的各种响应与实际可能出现的最不利情况比较接近,因而能较全面地反映大跨屋盖结构风振响应的特征.而且还根据柱壳屋盖风洞试验结果分析了杆件内力响应背景分量和共振分量的模态分布,讨论了不同结构刚度对杆件内力共振响应及背景响应的影响.     

大跨开合式屋盖峰值风压的试验研究

以1:300的几何缩尺比制作了一个开合式大跨屋盖体育场的刚性模型,在B类地貌中对该体育场进行了同步测压风洞试验。对活动屋盖开启和关闭工况下的屋盖表面净风压时程的随机特性进行了研究,结合概率曲线相关系数法对屋盖净风压时程在Gumbel、R-Weibull、Normal和Gamma四种候选分布中选择了最恰当的Gamma和Normal分布来描述测点的风压系数概率分布,进一步采用了转换过程法对屋盖测点的极值风压峰值因子进行了估计,并给出了极小值风荷载分布。结果表明:①转换过程法可以较好考虑风压的非高斯特性,能更安全地估计开合屋盖测点的极值风压;②固定屋盖的极值风压峰值因子在活动屋盖开启工况要稍大于活动屋盖关闭工况,其位置主要在固定屋盖屋顶口;活动屋盖极值风压峰值因子则开启工况小于关闭工况。③对于峰值风压,由于关闭工况下较大的平均风荷载,其极小值风荷载总体上仍大于活动屋盖开启工况。     

大跨圆拱屋盖结构的风致响应分析

大跨屋盖特征值问题的求解是结构动力响应分析中最繁琐的一个环节，而且一些对结构响应贡献较大的高阶模态容易在传统的模态叠加法中被忽略。本文以典型的大跨圆拱屋盖为例，将里兹向量直接叠加法应用于屋盖系统特征值问题计算和风致响应分析，其特点是在误差逼近的基础上自动生成一组正交的里兹向量并用于缩减系统自由度数。与传统模态叠加法算得的结果相比，里兹向量直接叠加法只用很少数目的向量就可以得到较精确的结果，而且高阶模态的贡献不会被忽略。该方法不仅大幅度地减少了机时，而且提供了动力分析的误差估计。     

体育场主看台悬挑屋盖表面风压的数值模拟

采用数值模拟方法对体育场主看台悬挑屋盖结构的表面风压分布进行了预测和分析。为验证数值模拟的准确性,首先对一具有风压风洞试验结果的主看台平屋盖结构进行了计算,计算结果与风洞试验结果作了比较。然后对浙江温州地区一主看台悬挑屋盖结构进行了数值模拟,考虑了屋盖倾角为0°和16°两种情况;通过对两个最不利风向角0°和180°的模拟结果的分析和比较,提出了这类屋盖表面风压的简化分布规律和计算方法,并与国外相关规范建议的公式作了比较。该简化计算方法可直接供同类结构抗风设计参考和应用。     

大跨屋盖结构共振响应的简化CQC法

大跨度煤棚结构作为风敏感结构,在工程设计中应充分考虑风荷载的影响。该文以煤棚结构为研究对象,对其刚性模型进行风洞试验研究。考虑分别在0°、90°、180°和270°风向角下,煤棚两端弧面及天窗位置处风压分布情况,进一步分析煤棚表面特殊形状位置处体型系数随风向角的变化规律。研究表明：观察0°、90°、180°和270°风向角下各个测点的体型系数,发现风向角为90°时,弧面底部位置处,测点A1(B1)体型系数较大,在煤棚设计与施工中应针对该测点附近区域进行加固。对比分析各风向角下,天窗位置测点的体型系数,90°风向角下体型系数绝对值较大,认为此时风压较大,应适当对其加固。     

井冈山机场航站楼屋盖表面风压的数值模拟及试验研究

采用数值模拟方法对井冈山机场航站楼屋盖结构在近地风作用下的表面风压进行了计算,并在边界层风洞中对该屋盖的表面风压进行了模型试验测定.数值模拟基于稳态的Reynolds时均Navier-Stokes方程,运用了标准k-ε湍流封闭模型.将计算得到的风压系数值与风洞试验值作了比较,结果表明数值模拟较好地反映了大跨度屋盖表面风压的分布情况,由其得到的风压系数与风洞试验数据有较好的吻合.     

基于应变能等效的大跨屋盖结构背景响应等效静力风荷载

根据结构应变能等效,推导了大跨屋盖结构背景响应等效静力风荷载表达式,解决了大跨屋盖结构等效静力风荷载计算中需要兼顾多个等效目标的问题,并赋予了其明确的物理意义,即将其与脉动风荷载下结构的应变能联系起来.最后将该方法应用于国家体育场屋盖结构背景响应等效静力风荷载的计算以验证其有效性.     

大跨柱面网壳结构风荷载试验研究

干煤棚结构一般采用轻质屋面体系,是一种典型的风敏感结构,因此风荷载是结构设计中不可忽视的问题。该文以某热电厂大跨度柱面网壳煤棚工程项目为背景,为了获得准确的用于结构设计的风荷载数据,进行了刚性模型测压风洞试验,考虑了风向角、煤堆以及周边建筑的气动干扰等因素对煤棚体型系数的影响。结果表明:来流风作用在端部山墙上呈90°～120°夹角时,测点的体型系数较大。在90°来流风时,半封闭端部山墙对结构是非常不利的,来流对煤棚顶部会有更大的风荷载。根据研究发现,模型的顶部体型系数相对较大,在建设煤棚时应对其顶部进行加固。     

大跨半钢板混凝土简支梁承载力性能试验研究

为了研究大跨半钢板混凝土组合梁的承载力和变形性能, 对一个1∶3缩尺的大跨简支梁试件进行了静载试验研究。通过分析试件在加载过程中的挠度、应变和裂缝的发展, 研究了此类构件的受力特点和破坏形态, 结果表明该类型构件中的钢板、混凝土和钢筋能够很好的协同工作, 整个构件具有较高的承载力和刚度, 同时表现出很好的延性。最后, 通过对比实测数据和理论计算结果, 检验了现行规程中组合梁正截面抗弯承载力和短期刚度的计算公式, 为工程设计提供参考。     

Kriging-POD法在预测大跨屋盖风荷载中的应用研究

结合POD (Proper Orthogonal Decomposition)技术与Kriging法,提出用于空间数据插值的POD-Kriging方法;基于大跨屋盖结构表面风压的数据,实现了对风压的空间重构与预测。预测的平均风压系数、脉动风压系数、脉动风压的时域与频域特性与风洞实验结果吻合良好。表明该文提出的预测方法在大跨结构表面风压的预测是可行的。     

单个建筑物对平屋面风荷载的干扰效应试验研究

提出采用整体平均风压系数、第1阶振型广义力和屋面各区域最不利极值风压系数的干扰因子分别综合反映干扰效应对平屋面平均风荷载、脉动风荷载和极值风压的影响,采用刚性模型测压风洞试验,对被单个相同形体建筑所干扰的平屋面表面风压进行测量,研究改变建筑物之间的相对位置和风向角,平屋面整体平均风压系数和屋面第1阶振型广义力和最不利极值风压系数干扰因子的变化规律。研究结果表明：屋面整体平均风压系数干扰因子与第1阶振型广义力干扰因子分布规律相似;施扰物在受扰物的迎风上游,遮挡效应引起的缩小效应显著;沿与风向垂直方向,施扰物与受扰物并列布置时,放大干扰效应显著;斜风向条件下的干扰效应比0#x000b0;风向的影响范围大;干扰效应对屋面角部最不利极值风压影响显著,但对屋面中心区域的影响较小。     

扰流板对分离泡诱导下平屋盖表面风荷载的影响研究

通过风洞测压试验,研究对比了设置扰流板前后,分离泡诱导下平屋盖表面风压特性的变化;基于此,分析了扰流板作用机理,并给出了扰流板的推荐倾角.研究了平屋盖表面风压分布及统计值的变化,结果表明:设置扰流板后,除迎风前缘附近,屋面平均和脉动风压均减小;分离区内风压偏度和峰度值显著降低,非高斯脉动特性减弱.探讨了扰流板对于顺风向...     

蜂窝锥壳结构动力学特性试验研究

通过模态试验对蜂窝结构锥壳结构的纵向固有频率和阻尼比进行了识别,并与数值仿真结果进行了对比。通过对比发现:复合材料以及蜂窝结构的应用能够降低该结构的固有频率并增加阻尼比;通过振动台试验,对锥壳-质量系统的动力学响应进行了研究,试验结果表明该锥壳结构对于85Hz以上的振动能够有效隔离,从锥壳下端至上端振动幅值衰减大于40%,具有理想的隔振效能。