三维脉动风模拟技术在大跨机库风振分析中的应用

风荷载在大跨度屋盖结构设计中往往起主要作用,这使得该类结构的风荷载及风致动力响应研究日益受到关注与重视。结合大跨度机库屋盖表面脉动风作用特点,依据改进的Iwatani线性回归滤波器法并结合中心采样定理,实现了基于Matlab的超大跨度网架结构三维空间相关脉动风速时程模拟。以Davenport谱为目标谱对首都机场六机位机库网架所有上弦节点位置处的随机脉动风速时程进行了模拟。进而结合风洞试验数据,依据屋盖各节点风压系数将模拟的风速时程加载于机库结构并进行风振响应时域分析,以研究三维脉动风作用下超大跨度机库屋盖结构的响应特点。分析结果表明本文模拟空间随机脉动风的方法可以较好地考虑大跨机库表面的脉动风特点,为结构的风振时域分析提供准确的荷载时程。     

凉都体育场屋盖平均风压与风振系数研究

结合凉都体育场的建筑造型和周围环境,采用Realizablek-ε湍流模型对屋盖的平均风压进行了数值模拟,得到屋盖的平均风压分布.利用MATLAB编制了线性滤波器的自回归法(AR法)的脉动风速时程模拟程序,模拟了屋盖节点的脉动风速时程;并结合屋盖的平均风压和脉动风速时程数值模拟结果,编制了时域法风振效应分析程序,分析了牛角形屋盖的风致响应规律,得出了屋盖的位移风振系数.研究了屋面荷载、平均风速、结构阻尼比等参数对牛角形屋盖风振系数的影响,得出一定偏差范围内可忽略上述参数取值偏差对牛角形屋盖风振响应影响的结论.     

单侧大跨度钢结构屋盖风致响应分析

在对单侧大跨度屋盖做风振响应分析时,考虑竖向风荷载与不考虑竖向风荷载的区别,结合实际工程,对其做了CFD数值风洞计算,得到最不利风向角为正对看台的180°风向角,以及该风向角度下屋盖的风荷载体型系数分布情况,再利用Kaimal顺风向风速谱和Panofsky竖向风速谱编制程序输出风速时程,对屋盖结构进行了考虑竖向风和不考虑竖向风两种工况的有限元动力时程分析。结果表明,考虑竖向风与否对风振系数影响并不大,但考虑竖向风作用时其节点位移将是不考虑时的2倍左右,其振动幅值也有所增大,在做大跨度屋盖设计时应给予足够的重视。     

大跨度球壳屋盖风致积雪数值模拟及雪荷载不均匀分布系数研究

采用风雪单向耦合方法及单方程雪相模型对大跨度球壳屋盖结构进行风致积雪分析。通过改变风速和矢跨比分别研究屋盖表面积雪和侵蚀沉积量随风速及矢跨比变化的关系。拟合球壳屋盖表面积雪侵蚀量随风速和矢跨比变化的近似公式,建议了球壳屋盖表面雪荷载不均匀分布系数计算式,并与现行建筑结构荷载规范采用的雪荷载不均匀分布系数进行对比。研究结果表明:球壳屋盖表面的积雪侵蚀量与风速呈抛物线关系,与矢跨比呈线性关系;计算得到的球壳屋盖表面的雪荷载不均匀分布系数与ISO国际标准草案规定较为接近。     

FAE方法在屋盖结构雪荷载研究中的应用

雪荷载设计是大跨屋盖结构设计中的重要环节,目前国内工程实践中的设计雪荷载通常是采用规范条文,个别重要的工程还会结合CFD数值模拟的结果。由于试验设备和条件的限制,较少采用实验对其进行验证。有限面元法结合了常规风洞试验模拟和计算机仿真技术,是一种研究大跨度屋盖结构雪荷载分布的有效方法。本文对其进行概述和分析,并以高低屋盖结构为例,采用有限面元法研究了风速和风向角对屋面积雪分布系数的影响。结果表明:与我国现行《建筑结构荷载规范》比较,二者整体分布规律基本一致,但在具体分布数值上略有差异;风速、风向亦对高低屋盖的积雪分布系数具有重要影响,就本文研究的高低屋盖结构而言,积雪分布系数随风速增大而增大,在270~337.5°风向角范围内屋盖的雪荷载分布较为不利,但在规范中并不考虑这种斜风向不利分布工况。     

考虑屋面板自振效应和流固耦合效应的大跨度空间结构风振系数

为了得到屋面板自振效应和流固耦合效应对大跨度空间结构风振系数的影响,首先对不同风速时程数值模拟方法的计算效率和计算精度进行比较,确定适合大跨度空间结构风速时程数值模拟的方法;分别针对考虑屋面板自振效应和流固耦合效应推导了风荷载计算公式;对天津奥林匹克中心体育场大跨度钢管桁架结构和某体育馆屋盖大跨度单层球面网壳结构进行风振系数计算分析。结果表明,考虑屋面板自振效应,结构风振系数增大;考虑流固耦合效应,结构风振系数减小,且风和结构的耦合起主要作用,风和屋面板耦合的影响很小,可忽略不计;同时考虑屋面板自振效应和流固耦合效应,结构风振系数分布规律基本不变,屋面板自振效应与流固耦合效应对结构风振系数的影响不能相互抵消,且对不同结构影响程度不同。     

北大体育馆屋盖结构风荷载分布特性的试验研究

风荷载是控制大跨度钢屋盖结构设计的主要荷载之一。结合北京大学体育馆屋盖结构的风洞模拟试验,以屋盖上的平均风荷载和脉动风荷载为研究对象,对屋盖上的风荷载分布特性进行了详尽的分析。结果认为:整个屋盖所受风荷载主要以负压为主,屋盖悬挑部分在迎风时产生“上吸下顶”的叠加作用,其他风向为“上吸下吸”的抵消作用;屋盖角部的风荷载一般也很大,在结构设计时应采取必要的构造措施;脉动风荷载对于总的设计风荷载来说不能忽略,准定常理论不适合用来计算大跨度屋盖的风振响应。     

大跨度屋盖结构台风效应的风洞试验与实测

为研究台风风场高湍流特性对大跨度屋盖结构风压分布的影响,依据台风"海葵"的实测风速时程,确定了风洞试验中模拟台风风场的风剖面,进行了台风风场下某体育馆屋盖的测压风洞试验。考察了台风风场下大跨度屋盖结构的风压分布特性,并与常规B类风场下的风压数据以及实测风压数据进行对比,研究了台风效应对大跨度屋盖结构风压分布的影响。研究表明,台风风场和常规B类风场下的平均风压系数以及脉动风压系数的分布规律基本相似,但台风风场下的风压数值较常规B类风场大,而且更接近于实测风压值。     

大跨结构屋盖风致响应状态Newmark法

本文运用状态空间Newmark法,推导了大跨屋盖结构在时域内的随机风致响应和风振系数的计算方法。通过对一大跨平面空间网架结构的建模分析,计算得到了屋盖的随机风致动力响应时程,研究了屋盖的荷载风振系数和位移风振系数,分析比较了表面两种风振系数的分布特性和变化规律,研究结果可以作为大跨度网架屋盖风荷载设计的一种参考。     

双拱大跨屋盖结构风载的数值模拟研究

双拱大跨度网架屋盖结构由于体表为复杂曲面,其风荷载的确定不能仅参考我国建筑结构荷载规范中对风荷载的相关规定,风荷载的确定需要借助于其他手段。CFD数值模拟风洞是近年来发展起来的一种风荷载研究手段,基于ANSYS-CFX 12流体动力学软件,利用雷诺应力（RSM）湍流模型对一双拱大跨度屋盖结构上平均风载体型系数进行数值模...