考虑特征湍流影响的体育场悬挑屋盖脉动风压谱模型

基于风洞试验对体育场悬挑屋盖的脉动风压谱进行系统研究,旨在得到适用于此类结构的脉动风压谱模型,为风振响应分析提供必要的信息。通过对屋盖表面脉动风压进行谱分析,可知在屋盖前缘处的风压谱与来流风速谱较接近,但屋盖后缘处则差异很大,表现出明显的漩涡脱落特征。因此脉动风压自谱采用来流谱与漩涡脱落谱相结合的形式来描述,并通过权数因子体现屋盖表面不同位置处流场作用的特点。对于脉动风压互谱则用指数衰减函数来表示,并确定了适用于悬挑屋盖的衰减系数。为验证所提出风压谱模型的有效性及特征湍流对风致效应的影响,对系列悬挑屋盖结构进行风振响应分析,风荷载时程分别采用风洞试验测得的风压时程、基于建议风压谱模型模拟生成的风压时程、按拟定常假设生成的风压时程。基于建议模型得到的响应结果与试验结果基本一致,基于拟定常假设的风振响应极值偏小10%～15%,均方根值偏小30%～40%,脉动风压谱建模中不可忽略特征湍流的影响。     

大跨度曲面屋盖风压分布特性的试验研究

通过某机场航站楼的刚性模型风洞试验研究,得到了上下屋盖表面的平均、脉动风压系数,对其风压分布特性进行了研究。结果表明:上表面屋盖主要呈现负压,在屋盖迎风面边缘出现较大气流分离;下表面屋盖迎风面出现正压,背风面主要为负压,风压系数变化梯度较大,风荷载特性更加复杂。     

大跨度屋盖结构的风荷载特征

分析了封闭型和敞开型两种大跨结构屋面风荷载的分布特征。对于封闭型,屋面的迎风区域由于受柱状涡和锥形涡的作用而产生极大的负风压,其他区域风压较小;对于敞开型,迎风时上下表面呈"上吸下顶"的风压叠加组合,背风时呈"上吸下吸"的风压抵消组合。同时讨论了附近的构筑物对屋面风荷载的气动干扰作用,在不同的风向下,干扰体与屋面的相对位置产生不同的干扰效果。     

北京新机场航站楼局部屋盖风压试验研究

针对北京新机场航站楼的风压问题,采用刚性模型测压试验的方法,对试验所得风压系数与规范中局部体型系数进行分析,达到了检验规范计算方法对此类屋盖的适用性的目的。     

锥状涡作用下大跨度平屋盖表面脉动风压谱模型研究

锥状涡是大跨度平屋盖表面在斜风向来流作用下形成的一种特征湍流形式,相对于来流垂直于檐口时所形成的柱状涡而言,锥状涡的作用形态更为复杂,破坏性更强。基于风洞测压试验,对锥状涡作用下平屋盖表面不同位置处的脉动风压谱特性进行研究,探讨脉动风压谱形状与分离、再附、漩涡脱落等流动现象之间的联系,归纳出四类典型的脉动风压谱形式;在此基础上,提出由来流湍流影响项和特征湍流影响项组成的脉动风压谱多项式模型,并通过引入权重系数来反映不同湍流影响项的贡献。研究结果表明,通过权重系数的分布可以划分流场影响区域,具有一定的物理意义。同时考察脉动风压的空间相关性,研究表明,在锥形涡作用使得屋盖表面脉动风压相关性强于来流脉动风速,相干函数用指数衰减函数表示,衰减系数可取2.5。最后,通过风振响应分析结果来比较风压谱模型对风振响应结果的影响,结果表明,拟定常假设低估了结构的脉动响应,而基于文中的简化风压谱模型得到的风振响应结果与风洞试验结果吻合较好。研究为进一步建立统一的屋盖脉动风压谱模型奠定了基础。     

基于实测风压时程的屋盖结构脉动风特性分析

脉动风特性是结构风致振动分析的重要参数。利用一个大跨度屋盖结构风洞试验的实际风压测试数据,对其测点风压的频谱特性进行了分析。对该工程典型测点的风压自功率谱进行了计算,并进行了谱密度函数的拟合,将拟合的谱密度函数与Davenport谱和Kam ial谱进行对比,对常规准定常假设的合理性进行了讨论。进一步对测点间脉动风压空间相干函数进行了计算,通过与Davenport和盐谷相干函数经验公式对比,发现两者之间有较大差距。     

大型体育馆悬挑屋盖风压特性的试验研究

通过对宝安体育馆进行风洞试验 ,对体育馆悬挑屋盖的平均风压和脉动风压分布以及总升力进行了分析讨论 ,并进一步对体育馆屋盖的测点脉动风压功率谱进行了分析。屋盖悬臂梁的迎风面和背风面的测点脉动风压功率谱表现出显著的差异 ,迎风面测点的脉动风压功率谱曲线在较低的频率出现驼峰 ,而背风面测点的脉动风压功率谱曲线在较高的频率出现驼峰。测点脉动风压功率谱曲线上出现的驼峰可能与测点所在区域的漩涡的脱落有关。有关结论对进一步开展大跨屋盖的研究提供了一定的参考依据。     

大跨屋盖结构风洞试验的风压极值研究

大跨屋盖结构广泛被应用,风荷载是该类大跨度屋盖结构设计需考虑的一个重要的荷载。而风荷载通常基于风洞试验获取表面风压时程,进而基于表面风荷载得到极值概率模型。以1:200缩尺比的刚性模型进行多次独立重复采样风洞试验,以获得大量试验数据,用于更好地拟合极值概率分布。得出极小值更符合广义极值分布,而极大值有一部分符合极值Ⅰ型分布。根据得出的极值分布,估计出任意保证率的分位数估计极值,为大跨屋盖极值风荷载设计提供理论参考。     

大跨度屋盖结构站房风洞试验研究

以某大跨度屋盖结构火车站风洞实验研究为例,分析大跨度三跨双坡曲面屋盖的风荷载特性,并利用刚性模型风洞试验得到的脉动压力数据进行风致振动分析,试验结果表明:在屋面边缘及屋脊附近的上吸风荷载绝对值要比屋面内部区域值大,屋面波谷区域风荷载值在-0.5~-1.0 kN/m~2范围内,悬挑位置及屋脊上吸风荷载值最大可达-5.0 kN/m~2;脉动风压系数一般在迎风屋檐附近比较大,可达0.6。研究同时表明大跨屋盖的风荷载取值受建筑外形、周边干扰、结构特性、风向等因素影响明显,需要进行全面深入的分析研究。     

大跨屋盖结构风洞试验及风振响应研究

基于南通兴东新建航站楼结构风洞试验,对该航站楼大跨屋盖结构的整体风压分布以及重要分区的风压分布特性进行研究。并且在风洞试验的基础上,根据各阶振型应变能贡献大小,确定风振响应频域内的计算阶数,进行频域法风振响应分析,并对结构的位移响应风振系数进行对比分析。研究表明:0°风向角为屋盖结构的最不利风向角,迎风区屋檐两端会产生较大的局部风吸力,平均风压系数绝对值达到1.7左右;屋盖中间区域平均风压系数均为负值,风吸力在0°和180°风向角附近达到最大,挑檐区域的风吸力最大值要大于屋盖中间区域;通过各阶模态应变能贡献量确定主要贡献模态,进而选定包括所有主要贡献模态的前m阶模态作为截断模态的方法是可行的;屋盖挑檐区域各分区的最大风振系数要明显大于屋盖中间区域。     

大跨双层屋盖结构风洞试验与风振响应研究

对南太湖湿地奥体公园复杂体型体育场双层屋盖结构进行了风荷载的风洞试验与风致动力响应研究。屋盖由高低两个开口椭圆屋面叠合而成,两屋面之间设置观光走廊。利用风洞模型试验测定了双层屋盖上下表面的平均和脉动风压时程数据。通过计算分析得到了屋盖结构局部测点的极值风压以及平均风荷载整体合力与最不利风向角。然后基于有限元方法对该屋盖进行了风振响应的动力时程分析,获得了结构风振系数、等效静力风荷载的分布图以及考虑风振效应的最不利风向等数据和结论。     

某大跨平屋盖表面风荷载特性研究

通过风洞模拟试验,研究了在锥形涡诱导下大跨平屋盖表面风荷载的特性。给出了风向角、风速、屋盖厚度、场地条件对风荷载的影响,进而分析了产生这样结果的原因和流动机理,并把斜度和峰态作为区分高斯区和非高斯区的标准。另外采用功率谱从频域角度对风荷载进行分析。     

大跨度屋盖表面风致雪压分布规律研究

采用了两相流理论模拟风荷载雪漂作用,认为空气相和雪相的关系为单向耦合,雪在风(空气相)的作用下发生漂移,基于此对通用流体软件FLUENT进行了二次开发。以一实际大跨屋盖结构--北京首都机场3号航站楼T3A为研究对象,首先将风洞试验测得的屋盖表面风压分布数据与计算流体动力学(computational fluid dynamics)计算结果进行了对比,两者的一致性一定程度上证实了风致雪漂计算方法的准确性。接着细致分析了几个主要参数(湍流模型的类型、阀值摩擦速度及来流风速、风向等)对屋盖表面雪压变化的影响。结果表明,相对标准k-ε模型而言,可实现k-ε模型得到的结果有更多的沉积区域;随着阀值摩擦速度的提高或来流风速的降低,沉积率相应增大。     

大跨度屋盖结构等效静力风荷载方法及应用

结构风致振动是控制大跨度屋盖结构设计的主要因素。大跨屋盖结构模态密集,风致振动有多模态参与并受模态交叉项影响的特性,这给建立大跨度屋盖结构等效静力风荷载的计算方法带来了很大的困难。本文基于计算共振分量的修正SRSS法,将LRC法和考虑模态耦合系数的惯性风荷载法相组合来表示等效静力风荷载。本文的方法能考虑模态之间相互耦合的情况,给出的等效静力风荷载具有明确的物理意义。最后将该方法运用于一个实际工程,检验了计算方法的精度。计算结果表明,本文方法和CQC法得到的响应值非常接近,最大误差约为3%,相对而言SRSS法的计算误差较大。     

大跨度屋盖结构的多级抗风设计

结合风灾破坏的实地调查结果,对我国荷载规范中基本风压的取值规定进行了探讨;借鉴建筑抗震设计标准和规范,提出适合于大跨度屋盖的多级抗风设防标准和设计方法,并结合北京奥运乒乓球馆屋盖结构进行了抗风分析,得到的主要结论是:基本风压的取值决定了建筑物抗风设防的标准;现行规范中我国部分地区的基本风压取值有所偏低;对于大跨度屋盖结构而言,可以引入抗震设计思想和方法,进行多级抗风分析与设计。最后探讨了一些适合大跨度屋盖的抗风概念设计方法,以供设计和建造时参考。     

开合屋盖体育场风荷载特性试验研究

建筑立墙迎风面开孔时内部风压随开口处外压变化显著,使得屋盖所受净压显著增大,其测量值往往大于规范取值。而对于屋盖顶部开孔的建筑,其内部风荷载我国规范没有相应取值。为了进行开合屋盖结构设计和探讨屋盖顶部开孔对屋盖风荷载变化的影响,以1∶300的几何缩尺比制作了一个开合屋顶体育场的刚性模型,在B类地貌中对该体育场固定、活动屋盖的上、下表面进行了风洞测压试验,得到了屋盖上、下表面的体型系数、平均风压系数、脉动风压系数和极值风压系数。试验结果表明：活动屋盖的开启,可有效减小固定屋盖和活动屋盖的平均风荷载,引发整个结构承受向下的风荷载;活动屋盖开启将增大固定屋盖和活动屋盖的净脉动风荷载;活动屋盖开启将减小固定屋盖和活动屋盖的极小值风荷载,且固定屋盖上的最大极小值风压系数的位置往屋顶开口方向移动。     

深圳机场T3航站楼风压特性研究

为了给结构(含围护结构)设计提供设计依据,介绍了超大跨度屋盖结构———深圳机场T3航站楼的模型风洞试验和数值模拟的主要结果。给出了屋面在典型工况下的分块体型系数(对应法向风压)和切向风荷载体型系数等值线,清楚地显示了屋面的风压分布特征,结果表明切向风荷载相对法向风荷载较小。同时考虑到作用在围护结构上脉动风压的相关性对极值风压的折减,分析了围护结构设计风荷载的折减因子。