Experimental study of aerodynamic interference effects on aerostatic coefficients of twin deck bridges

The aerodynamic interference effects on aerostatic coefficients of twin deck bridges with large span were investigated in detail by means of wind tunnel test. The distances between the twin decks and wind attack angles were changed during the wind tunnel test to study the effects on aerodynamic interferences of aerostatic coefficients of twin decks. The research results have shown that the drag coefficients of the leeward deck are much smaller than that of a single leeward deck. The drag coefficients of a windward deck decrease slightly compared with that of a single deck. The lift and torque coefficients of windward and leeward decks are also affected slightly by the aerodynamic interference of twin decks. And the aerodynamic interference effects on lift and torque coefficients of twin decks can be neglected.     

复杂高层建筑物气动力测量及干扰试验研究

介绍了东方之门建筑的动态测力试验的方法和结果,并通过测点风压系数积分程序计算得到整体的平均风荷载,与风洞天平测力的结果进行比较,发现两者之间吻合得比较好。分析了邻近建筑和群楼干扰时,在某些风向角下出现的比较明显的遮挡效应和狭管现象。     

某体育场看台挑篷风荷载特性及干扰效应风洞试验研究

对某一具有代表性的大型体育场看台挑篷刚性模型进行了表面测压风洞试验,详细介绍了试验所采用的主要技术参数和基本的数据处理方法,对比研究了在有、无临近建筑物干扰情况下的体育场挑篷表面风压分布的等值线图和结构典型测点在不同风向角下的风压变化规律。结果表明,邻近建筑对所测建筑的风荷载有一定的气动干扰影响,相关结论为结构的抗风设计提供了可靠的依据。     

串列双方柱气动干扰效应试验研究

为了进一步澄清串列方柱的气动干扰效应,以串列双方柱为研究对象,在雷诺数Re=8.0×104、间距比P/B为1.25~5(其中P为方柱中心间距、B为方柱边长)条件下,通过风洞试验同步测得上下游方柱沿周向和展向的表面风压,研究了上下游方柱的风压和气动力特性、两方柱之间气动力的柱间相关性、各方柱气动力沿展向的柱内相关性等随方柱间距的变化情况,分析并给出了干扰条件下非高斯风压沿方柱周向的分布区域。研究结果表明：串列双方柱的临界间距比P/B处在3和3.5之间,在临界间距前后,两个方柱的气动性能均会发生突变;气动力的柱间相关性和柱内相关性随方柱间距变化剧烈,间距比P/B=1.25的串列方柱的气动力柱内相关性远强于单方柱;串列双方柱的风压非高斯区域随间距比的变化较大,下游方柱表面风压的非高斯特性较单方柱更为显著。     

某高层建筑结构风致响应干扰效应研究

结合某高层建筑风洞模型试验,详细分析了不同工况下结构的风致响应,对干扰效应进行了深入研究。结果表明:基底弯矩的干扰效应主要表现为遮挡效应,遮挡使峰值弯矩减小,但是干扰位于侧风向或者下风向时,有可能使结构的峰值弯矩增大。受扰后,基底弯矩背景分量的变化规律与平均分量较为类似,共振分量的变化规律不明显。峰值加速度受扰后的变化也没有规律性。     

深圳京基金融中心气动抗风措施试验研究

深圳京基金融中心高439m,风荷载是该超高层建筑的控制荷载。采用高频底座力天平方法对该建筑模型进行了风洞试验,考察了利用其顶部设备和避难层进行开敞形成不同的风走廊(气动措施)对结构风荷载和风致响应的影响。试验结果表明：在重现期100a敏感风向作用下结构漩涡脱落频率明显低于结构基阶固有频率;气动措施可显著抑制和削弱脱落漩涡的强度,当没有受到明显干扰影响时,气动措施显示出良好的抗风效果。不同气动措施可使重现期100a结构基底弯矩减少8.2%~21.2%,使重现期10a峰值加速度减少5.3%~16.0%;受到来自于地王大厦的干扰效应的影响,在所关注重现期风速范围内的结构风振响应为上游地王大厦的尾流所控制,影响了气动措施的控制效果,但在发生涡激共振的临界风速时气动控制措施效果显著。     

深圳京基金融中心横风向气动阻尼试验研究

针对439 m的深圳京基金融中心（KFT）工程,采用气动弹性模型技术研究其横风向气动阻尼特性。根据工程地址的100 a重现期风速、缩尺比例以及前期刚体模型同步测压所得到结构风敏感风向（东西向）的广义力功率谱密度特征确定气弹模型试验的风速范围,通过风洞试验获取不同风速下气动弹性模型敏感风向的顶部加速度响应数据,应用随机减量技术计算分析横风向气动阻尼随折算风速的变化规律,试验考虑结构模态阻尼对气动阻尼的影响。结果表明：在折算风速为4~14的范围内,结构气动阻尼值均大于0且随风速的增大而增大,上游地王大厦(DWT)的干扰效应对气动阻尼未产生不利影响,KFT的基本频率和DWT脱落在尾流中的漩涡频率一致的100 a重现期风速时的气动阻尼比为1.25%,表明前期采用刚性模型试验对KFT进行抗风设计时,不考虑气动阻尼影响计算得到的结构风致荷载和风致响应偏于保守和安全。     

主梁断面形状对车-桥系统气动特性影响的风洞试验研究

确定车辆和桥梁各自的气动参数是车-桥耦合振动分析的基础。为研究主梁断面形状对车辆和桥梁气动特性的影响,利用自制的三分力分离装置-交叉滑槽系统,针对8种分离式双箱主梁断面进行多工况模型风洞试验。通过对不同模型及工况试验结果的对比,讨论不同主梁断面形状下车-桥系统的雷诺数效应,得出不同行车位置处车辆和桥梁各自气动参数随主梁宽高比的变化规律以及其阻力系数的取值方法,为后续抗风设计及风-车-桥耦合振动研究提供参考。     

超高层建筑间的干扰效应:建筑外形的影响及干扰因子分布的相关特征

采用高频底座力天平方法,研究了不同断面形状的施扰建筑对一正方形断面受扰建筑的静力和动力干扰影响,分析了正方形断面施扰建筑和正方形切角断面施扰建筑的干扰效应的相关性。结果显示:施扰建筑结构断面的特征尺寸对其所产生的干扰响应起着关键性的作用,当施扰建筑的特征尺度相同时,切角和正方形截面施扰建筑的包络干扰因子(EIF)分布存在明显的相关性,并由此得到了一类特征尺寸相同的不同断面施扰建筑对包络干扰因子分布影响的回归关系(相关系数大于0.91,回归余差小于0.08),较大程度地简化了干扰响应研究结果的繁杂程度,简化了受扰建筑的荷载取值过程。     

不同断面宽度群体高层建筑的动力干扰效应(第1部分顺风向响应)

基于高频底座力天平技术,研究了不同宽度比的两个和三个建筑物间的顺风向动力干扰效应。文中采用了神经网络、统计和谱分析等方法对干扰特性和机理进行了分析。结果显示,当受扰建筑位于上游施扰建筑物的尾流边界时,会产生较大的动力响应;并且两个施扰建筑物的联合干扰作用会比单个施扰建筑物的干扰作用强,在B类地貌下两个施扰建筑物测出的干扰因子(IF)会比单个施扰建筑的增加79%。位于上游的施扰建筑所脱落的旋涡会使受扰建筑产生涡激共振响应并且产生数倍于非共振情况的IF值,尤其对于小宽度的施扰建筑,在较小的折算风速时就会产生涡激共振问题。粗糙化地貌的高湍流度会对上游施扰建筑尾流的旋涡形成产生一定的抑制作用,在D类地貌下的IF值要远小于B类地貌情况,但在D类地貌下观察到IF值仍有2.2。     

考虑雷诺数效应的斜拉索气动力试验研究

由于大跨度斜拉桥斜拉索的风荷载在全桥风荷载中占很大比重,因此准确掌握斜拉索的风荷载对大桥的设计工作是十分重要的。通过风洞试验,测试斜拉索的阻力和升力,得到力系数随雷诺数的变化规律,证实在临界雷诺数区域有平均升力的产生,其最大升力系数远大于此雷诺数时对应的阻力系数,忽略升力的存在可能导致斜拉索风荷载的计算结果偏小;将阻力系数和升力系数合成为合力系数,并与规范值比较,发现只有当雷诺数超过一定数值之后,规范的算法才是安全的,雷诺数小于此值尤其是在临界雷诺数区域,合力系数比规范值超出较大。针对苏通长江公路大桥和南京长江第二大桥,利用试验结果和规范值,对斜拉索的风荷载分别进行计算分析,发现利用本文方法计算的合力并不随风速的增大单调增长,而是在一定的风速时取得极大值;利用静阵风风速计算风荷载,按桥规计算的结果在某些情况下偏小,建议规范适当考虑气动升力对斜拉索风荷载的贡献。     

不同断面宽度群体高层建筑的动力干扰效应(第2部分 横风向响应)

采用本文第1部分所介绍的试验技术和软件分析工具,研究了不同宽度比(Br)的两个和三个建筑物间的横风向动力干扰效应。和顺风向响应分析一样,处于斜列的上游施扰建筑的尾流同样是引起受扰建筑横风向响应增大的主要原因,但试验结果同时也显示,当施扰建筑和受扰建筑处于并列和串列时,也会使受扰结构的横风向响应显著加大。在B、D两类地貌下,和受扰建筑大小一样的两个施扰建筑的干扰因子(IF)会比单个施扰建筑情况分别高出80%和25%。小宽度的上游建筑在低风速时就会产生涡激共振而产生较大的IF值,尤其要指出的是位于(3.1b,0)上的Br=0.5的施扰建筑物在B类地貌下和较低的风速下会产生高达7.09的IF值。粗糙化地貌的高湍流度会对上游施扰建筑尾流的旋涡形成产生一定的抑制作用,故在D类地貌下的IF值要远小于B类地貌情况,但在D类地貌下观察到的IF值仍有1.83。     

Quasi-static computational approach to wind load on cooling towers in conditions of aerodynamic interference

A quasi-static computational approach is proposed to predict the wind load in conditions of aerodynamic interference of a cooling tower with other cooling towers and neighbouring objects. The proposed approach is a modification of the coefficient of exposure and coefficient of outer wind pressure concepts; it aims at considering the possible asymmetry of load and local overloads. Examples of static calculations of cooling towers for four combinations of wind load and dead load have been given. Solutions can be used for standardization of wind load on cooling towers.     

桥梁气动导纳识别的阶跃函数拟合法

基于桥梁主梁断面气动导数、阶跃函数与气动导纳之间的关系,提出一种获取气动导纳的阶跃函数拟合法。首先根据紊流风场中的抖振响应,识别桥梁结构气动导数和等效气动导纳,然后由气动导数可拟合得到阶跃函数,并根据阶跃函数系数计算得到竖向脉动风对应的气动导纳,最后结合等效气动导纳计算水平向脉动风对应的气动导纳。阶跃函数拟合法直接根据抖振响应完成了桥梁断面完整气动导纳的识别,实例研究表明,该方法对于桥梁断面气动导纳识别而言是可行的。     

错列布置超高层建筑群的干扰效应研究

对实际超高层建筑群进行群体和单体塔楼两次同步测压风洞试验。通过两次试验测量结果,考察风向及塔楼位置对顺风向、横风向和扭转方向的主体结构承受风荷载以及围护结构的极值风压的影响,并结合风压试验结果及CFD流场计算结果对干扰机理进行说明。研究结果表明,处于中间位置的2号塔楼的扭转干扰放大作用非常显著,较为不利的风向为110°风向,该风向下扭转方向的静力干扰因子达到1.53;沿弱轴Y方向和扭转方向的动力放大因子达到1.32和1.37。     

错列超高层建筑群风荷载静力干扰效应的试验与数值模拟研究

对实际超高层建筑群进行了群体和单体塔楼两次同步测压风洞试验,通过两次试验测量结果,考察风向及塔楼位置对顺、横风向和扭转方向的主体结构承受平均风荷载的影响。同时,进行了CFD数值模拟研究。通过试验结果与数值模拟结果的对比分析,验证了数值模拟的可靠性,结合风压试验结果及CFD计算结果对建筑群干扰效应进行了分析和干扰机理说明。研究结果表明,对于建筑基底力而言数值模拟计算结果偏小,但是无量纲静力干扰因子数值计算和试验结果符合得很好,数值模拟计算可以用于风荷载干扰效应的定性分析。处于中间位置的2号塔楼风荷载静力干扰效应明显,干扰放大作用显著。     

Wind effect and aerodynamic wind resistance measures of a 257 m high apartment building

采用高频底座测力天平技术，对位于华南沿海城市的一建筑综合体的两栋超高层建筑(主塔和副塔，其高度分别为300 m和257 m)进行了风洞试验，考察了在副塔立面不同位置角区实施不同局部修改(包括凹角、切角和阳台不封闭)时相临主塔和上游高215 m的酒店对副塔横风向效应的影响。结果显示，副塔单体情况下，50 a横风向峰值基底弯矩和10 a重现期最大峰值加速度分别达到10.08 GN·m和0.50 m/s²，综合体的建筑布局可使副塔的峰值基底弯矩和最大峰值加速度分别减少64%和54%，但上游的酒店可使副塔最大峰值加速度增加16%；只考虑综合体时，推荐的上部凹角和下部阳台不封闭方案可使副塔的最大横风向峰值基底弯矩和最大峰值加速度分别减少20%和15%；考虑所有周边建筑的干扰效应时，推荐方案可使10 a重现期的最大峰值加速度减少12%，且在1~10 a重现期风速作用下的平均减振效果为11%。     

某高度257 m公寓建筑的风效应及气动抗风措施

采用高频底座测力天平技术,对位于华南沿海城市的一建筑综合体的两栋超高层建筑(主塔和副塔,其高度分别为300 m和257 m)进行了风洞试验,考察了在副塔立面不同位置角区实施不同局部修改(包括凹角、切角和阳台不封闭)时相临主塔和上游高215 m的酒店对副塔横风向效应的影响。结果显示,副塔单体情况下,50 a横风向峰值基底弯矩和10 a重现期最大峰值加速度分别达到10.08 GN·m和0.50 m/s²,综合体的建筑布局可使副塔的峰值基底弯矩和最大峰值加速度分别减少64%和54%,但上游的酒店可使副塔最大峰值加速度增加16%;只考虑综合体时,推荐的上部凹角和下部阳台不封闭方案可使副塔的最大横风向峰值基底弯矩和最大峰值加速度分别减少20%和15%;考虑所有周边建筑的干扰效应时,推荐方案可使10 a重现期的最大峰值加速度减少12%,且在1～10 a重现期风速作用下的平均减振效果为11%。     

分离式公铁双层桥面桥梁-列车-风屏障系统气动效应风洞试验研究

为探究侧风作用下分离式公铁双层桥面桥梁上、下桥面间气动干扰效应对列车气动效应的影响,在无风屏障和设置风屏障两种情况下,分别针对单独铁路桥和标准间隔高度下的公铁双层桥面桥梁,通过大比例尺节段模型风洞试验测试了列车的气动力系数以及铁路桥面轨道上方的风速剖面变化规律。为了进一步探究公铁双层桥面间隔高度对列车气动效应的影响,测试了多种间隔高度下列车气动力系数以及铁路桥面轨道上方的风速剖面变化规律。结果表明,公铁双层桥面间气动干扰效应对列车气动效应有一定的影响,间隔高度的改变会引起铁路桥面风速剖面以及列车气动力系数的变化,对比分析可知,无风屏障时间隔高度仅需满足铁路桥梁基本建筑限界即可,设置风屏障后,当间隔高度≥15m时,铁路桥面风速剖面以及迎风侧轨道处列车气动力变化趋于平缓。     

高层建筑风致扭转荷载的干扰效应研究

在相邻建筑物的干扰下,受扰高层建筑的风荷载与其在孤立状态下相比会有较大的变化。本文采用动态测力天平技术,通过模型风洞试验研究了方形截面高层建筑在周边另一个同样建筑的气动干扰下,其平均、脉动和峰值扭转风荷载的干扰效应,分析了建筑物间距、风场和风向角等参数的影响。研究表明,高层建筑扭转荷载的干扰效应很显著,B类风场0°风向角下,峰值扭矩干扰因子IFp可达2.1,45°风向角下更可高达3.5。最后通过分析受扰模型的基底扭矩谱讨论了上游建筑旋涡脱落的影响。