大跨度屋盖结构抗风软件平台构建

基于同济大学土木工程防灾国家重点实验室结构风工程课题组完成的大量的大跨度屋盖结构风洞试验,使用网页设计语言和Matlab语言构建了大跨度屋盖结构抗风软件平台。介绍了抗风软件平台的开发背景、工作原理、数据处理方法、组成结构和使用方法。抗风软件平台收录了部分大跨度屋盖结构的风洞试验数据和悬臂弧形挑篷的抗风研究成果,同时还集成了本课题组开发的悬臂弧形挑篷等效静力风荷载计算软件。     

基于广义回归神经网络的大跨度球面屋盖风荷载预测及其应用

大跨度屋盖结构脉动风荷载特性复杂,一般需要通过风洞试验确定。典型屋盖的风洞试验数据的积累为相似体型屋盖结构风荷载取值提供了依据。为拓展典型屋盖风洞试验数据的应用范围,基于广义回归神经网络,结合典型球面屋盖系列风洞试验建立了大跨度球面屋盖的风荷载预测模型。其中,风荷载由平均风压系数、脉动风压系数、偏度、峰度、3个自功率谱密度参数(包括高频段衰减斜率、无量纲谱峰值和无量纲峰值频率)以及互功率谱密度相干指数8个特征参数描述。通过交叉验证和试算确定了广义回归神经网络模型中的平滑因子取值。以安庆电厂球面网壳结构为例进行了风荷载预测,通过对比预测风荷载与风洞试验得到的风振分析结果,验证了预测方法的可行性。     

万州体育中心主体育场结构设计

万州体育中心主体育场下部看台为钢筋混凝土结构,西区覆盖拱形屋盖。屋盖结构为拱跨约250m的超限大跨度巨拱结构,由钢管桁架组成。对大跨度屋盖结构布置及结构设计进行了阐述,并采用SAP2000软件对其进行了整体计算、施工模拟分析和防连续倒塌分析;采用ANSYS软件对结构进行了整体稳定性分析,并对典型节点进行了有限元分析。计算结果均满足结构安全性要求。     

大跨度双曲混凝土双曲组合扭壳屋盖表面风压系数试验研究

大跨度双曲混凝土组合扭壳屋盖结构具有质量轻、柔性大、阻尼小等特点,风荷载是其结构设计的控制荷载.由于建筑造型的要求,大跨度双曲混凝土屋盖结构往往具有复杂的外型,现行的荷载规范很难确定屋盖表面的风压分布,一般是通过风洞测压试验获得屋盖表面的风压.本文较为详细地介绍了具体试验方法和理论分析方法,并通过对大跨度双曲混凝土组合扭壳屋盖表面风压系数的测定和风洞试验结果的分析,说明了利用风洞试验测量其表面风荷载的必要性,得到其风压分布的复杂特征,为大跨度混凝土屋盖的结构设计提供参考.     

柳州市游泳馆结构设计

柳州市游泳馆屋盖跨度50.4 m且造型较为奇特,本文介绍其结构选型、风洞试验成果,采用ETABS、SAP2000对其进行结构分析,考虑温度作用对超长混凝土楼盖、钢结构屋盖的影响,并用特征值法分析平面桁架受压竖腹杆的平面外计算长度,确保结构的安全。     

西双版纳傣秀剧场屋盖钢结构设计

西双版纳傣秀剧场屋盖造型新颖,分为上下两层,根据建筑特点,其结构分为内屋盖、上挑檐、下挑檐三部分。根据结构体系及其特点,对结构进行了合理的设计,并介绍了本工程的风洞试验和风振分析结果。采用SAP2000软件进行了结构线性分析和截面设计,利用ANSYS软件对屋盖挠度、结构稳定性和节点应力进行了分析。结果表明,各项指标均满足要求。     

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。     

复杂型体悬挑屋盖风荷载风洞试验与数值模拟

基于Fluent 6.1软件平台,将Realizablek-ε模型与非平衡壁面函数搭配使用,对位于海岛强台风地区的某海洋文化中心屋盖风压分布进行了计算流体动力学(CFD)数值模拟,同时也对该建筑进行了风洞试验。模拟结果与风洞试验数据的对比显示数值模拟可较准确地反映实际风压。风洞试验和数值模拟均显示悬挑屋盖受到了很大的吸力,对屋盖结构极为不利,对此问题采取在屋盖悬挑部分开洞的减压措施,以改善屋盖悬挑部分的受风特性。对开洞后的建筑进行了CFD建模与计算,结果表明在屋面前缘开洞可有效降低屋盖悬挑部分的最大风压和所受的竖向升力,大大改善屋盖结构的受力状态。     

大跨度可开合空间网架屋盖风致效应

大跨度屋盖结构作为风敏感性较强的结构,风荷载是其控制荷载之一,可开合屋盖由于外形和结构的多变性,其风致效应更为复杂.以某大跨度可开合空间网架屋盖结构为研究对象,利用刚性测压风洞试验实测了屋盖内外表面的风压系数,对比了开合状态下屋盖表面风压的分布特征.基于本征正交分解(POD)及瞬态动力有限元分析,得到屋面节点的位移响应...     

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。     

大连市中心体育馆巨型网格弦支穹顶设计分析

大连市中心体育馆屋盖选用巨型网格弦支穹顶结构,尚属国内较为新颖的结构体系.为此,利用ANSYS及SAP 2000软件开展结构体系的静力分析,采用非线性动力时程分析法和反应谱法开展抗震性能研究.并进行了风洞试验研究及风振响应分析,进一步开展全过程施工模拟.巨型网格弦支穹顶结构用钢量经济、承载力较高、抗震性能优越、抗连续性...     

SAP2000 API及.NET技术在网壳快速建模中的应用

介绍了在.NET平台上利用SAP2000 API函数进行OAPI插件的流程,并通过联方型网壳的建模全过程具体介绍了如何利用SAP2000的API函数编制程序的步骤,实现了快速的网壳模型插件,该文对于进一步开拓SAP2000的应用范畴有实际意义,对同类型的工程项目具有借鉴作用。     

空冷支架结构管柱体型系数与群柱效应研究

空冷支架结构下部为大直径群柱,上部为钢桁架平台,结构抗风设计时许多参数还不清楚。为掌握该类结构风压分布规律,对1∶150的刚性模型,进行风洞试验研究。同时利用FLUENT6.1流体软件对结构管柱所处风场进行数值模拟,获取不同工况下管柱的整体体形系数。详细介绍风洞试验结果与管柱表面风压试验数据处理方法,将试验结果与数值模拟结果进行对比,验证了CFD数值模拟技术的可行性。     

广州亚运城综合体育馆风荷载分析

广州亚运综合体育馆为体操馆、台球壁球馆和历史展览馆三馆合一的建筑群,如一缕丝带飘在珠江之滨。鉴于场馆群体型及结构体系的复杂性,以风洞试验为主、数值模拟为辅对其风环境进行了分析;采用编程的方式准确而快捷地处理风荷载试验数据;根据工程出现的情况突破了常用分析方法,总结复杂结构相关问题的解决方法,可为今后类似的工程设计提供依据。     

迪拜梅丹赛马场抗风TMD系统设计、加工和测试

迪拜梅丹赛马场是为2010年世界赛马会准备的国际性大型体育设施。该结构屋顶钢结构重量达1万多t,悬挑长度接近100m,是世界大型的悬挑结构之一。屋顶内部设有大型豪华旋转餐厅和贵宾看台,为了保证结构在大风工况下的舒适度,选用了18套水平、18套垂直TMD减振系统,分别控制结构的水平和竖向振动。完整介绍了该TMD系统风振控制的设计和实现过程,采用SAP2000软件建模,模拟人工风压时程进行结构振动分析。对TMD系统进行参数计算、优化、分析、设计、出图、加工、安装、测试和调节。结果表明,以100年为风荷载重现期,TMD系统使屋架结构水平、竖直振动均有明显的减小,TMD的频率、阻尼系数和质量块加工均达到了设计需求。     

L形和一字形双层幕墙平均风压分布特性的试验研究

双层通风幕墙的抗风设计需考虑外层幕墙的内、外表面风压以及内层幕墙的外表面风压,其风荷载取值不同于普通单层幕墙,使得其风载取值变得复杂。通过多个不同截面形式的模型进行双层幕墙压力分布风洞试验研究。介绍风洞试验模型的设计及数据处理方法,着重分析一字形双层幕墙和L形双层幕墙的内外层幕墙的平均风压分布。试验结果表明:L形双层幕墙和一字形双层幕墙的平均风压分布有很大的不同。对于一字形双层幕墙,无论是正风压还是负风压,都主要作用在内幕墙上,外幕墙除拐角区域外所承担的风压很小。对于L形双层幕墙,其外幕墙的正风压要比内幕墙的风压大;负风压时,L形双层幕墙的短边区域是外幕墙所承担的风压大于内幕墙,其长边区域则是内幕墙所受的风压要大于外幕墙。     

椭球面屋盖与圆锥面玻璃幕墙的风压分布特征

结合杭州大剧院主体结构风压分布的风洞试验研究 ,详细介绍了风洞试验及数据处理方法 ,讨论了在不同风向角下椭球面屋盖和圆锥面玻璃幕墙的风压分布 ,并与荷载规范中类似结构的风压分布进行了比较。为了便于整体结构设计 ,根据结构的实际情况对椭球面和圆锥面进行分块并给出相应的分块风压数据 ,根据各风向角下的风压分布特征给出了整体结构抗风设计的最不利风向角。     

水平弧形公路隧道临界风速研究

采用FDS建立弧形隧道火灾模型,对模型进行模拟计算,结合Wu&Bakar的临界风速预测模型和计算观测数据,应用MATLAB拟合工具箱建立弧形隧道的临界风速模型。利用该模型预测重庆市某公路隧道在发生火灾情况下的临界风速,将预测结果与Wu&Bakar模型和FDS的预测结果进行对比,结果表明,该模型比Wu&Bakar模型更加接近数值模拟的结果。     

大跨屋盖结构风致抖振响应研究

建立基于非定常风荷载的大跨屋盖结构风致动力响应的试验和分析方法。该方法采用多通道测压系统扩大同步测压点的数目,更全面地获得屋盖表面风压的时空特性,为准确计算结构风致响应奠定了基础。在动力分析方法上应用CQC法计算屋盖结构的风振响应,考虑多模态及模态间的耦合影响,编制了结构风致动力效应计算程序SWDP。最后对上海铁路南站工程屋盖结构的抖振响应结果进行了计算和分析。结果表明,采用多通道测压系统可以有效地扩大同步测压点的数目;基于非定常风荷载的CQC方法是计算复杂大跨屋盖结构风振响应的有效方法;背景响应对于总响应的贡献通常是不可忽略的。     

Numerical modeling of the flow conditions in a closed-circuit low-speed wind tunnel

A methodology for numerically simulating the flow conditions in closed-circuit wind tunnels is developed as a contribution to the general philosophy of incorporating Computational Fluid Dynamics (CFD) in wind tunnel design and testing and to CFD validation studies. The methodology is applied to the full-scale Jules Verne climatic wind tunnel in which experimental data have been obtained. Due to the specific features of this closed-circuit wind tunnel, the conventional CFD modeling approach, in which only the flow in the wind tunnel test section is modeled, is inadequate. To obtain accurate results the entire wind tunnel has to be modeled. In the numerical closed-circuit wind tunnel, the conventional flow inlet and outlet are replaced by a single “fan boundary condition”. Special attention is given to the theoretical background and the practical implementation of this type of boundary condition in the CFD model. The numerical model is validated for the case of an empty wind tunnel and for the case in which a block-type building is placed in the test section. It will be shown that this methodology can generally reproduce the wind tunnel measurements of mean velocities with an error equal to or less than 10% despite the occurrence of multiple flow separations upstream of the test section. This provides perspectives for the future use of this methodology as a tool for wind tunnel design and testing and for CFD validation purposes.