基于分形特性的开口拱形结构风致积雪漂移风洞试验研究

风作用下雪粒会发生漂移、沉积现象,进而对结构周边区域产生不利影响。对于相邻开口结构,结构四周风致积雪分布规律较为复杂且无规范可循。因此分别以单独和相邻开口拱形屋面结构为研究对象,进行了风致积雪分布风洞试验研究,探讨了洞口方位对单独拱形结构表面及周边积雪分布的影响,结构间距和相对角度对两模型间积雪分布规律的影响。以风洞试验数据为依据,根据整体区域粒子的分形特性,定量分析了风致积雪漂移这种无规律和随机波动的外在紊乱运动。结果表明：洞口的存在极大程度影响了拱形结构周边积雪分布情况,无论在局部区域还是整体粒子区域,洞口位于侧立面时,结构周边的雪压分布较为有利;两开口模型间距越小,模型间积雪沉积越严重,对结构稳定性越不利;两模型洞口角度为30°时,局部雪深系数最大,洞口角度为60°时,整体区域的积雪分布形态最为不利,但其局部最大雪深系数要低于相对角度为30°,因此设计中应避免上述排列方式。所得结论可以为准确描述雪粒分布形态特征提供依据。     

基于流固耦合的骨架膜结构优化

为了实现骨架膜结构的优化设计,基于ANSYS平台考虑了膜结构在风荷载作用下的结构变形对建筑表面风压分布的影响,采用双向流固弱耦合的方法对某低矮类膜建筑在不同风向角下的定常风场特性与其围护骨架膜结构的风致结构受力进行了研究,并以此为依据采用响应面法对骨架膜结构中各杆件的截面尺寸进行了优化.结果表明：仿真所得建筑表面风压分布与同类模型风压实测数据、风洞试验数据以及国家相应规范吻合较好;不同风向角下骨架膜结构的受力状态不同,其中90°风向为该结构的最不利工况;采用响应面法得到了该骨架膜结构中各杆件的截面尺寸对结构受力的影响关系,并将该结构整体质量降低了14.73%.     

援莫桑比克国家体育场风荷载相干函数与风致响应分析

援莫桑比克国家体育场屋盖为典型的钢结构大跨度悬挑屋盖,风荷载为其结构设计的主要控制荷载.通过刚性模型表面测压风洞试验,得到了体育场屋盖的风压时程,并以此为基础,计算了屋盖表面各测点的风荷载相干函数,分析了屋盖结构不同区域测点之间表面风荷载相干函数的变化规律.另外,利用结构有限元模型,使用频域方法计算得到了结构的位移与内力均方根响应,分析了屋盖表面风荷载相干函数对风致位移和内力响应的影响以及振型数量和振型交叉项对屋盖风致位移和内力响应的贡献.结果分析表明,在进行结构风致响应计算时,不考虑各测点之间的相干函数,会低估结构的风振响应,不考虑结构振型交叉项的影响,也会导致计算结果较大的误差.     

多跨鞍形膜结构风荷载的数值模拟研究

多跨鞍形膜结构是工程中常用的一种大跨空间结构形式,风荷载是其结构设计的控制性因 素．采用ＣＦＤ数值模拟方法研究其平均风荷载特性,分析膜面初始预张力、来流风向角和矢跨比对 多跨鞍形膜结构表面的风压分布特性的影响规律．结果表明：膜面初始预张力的大小主要影响膜面 所受正风压区域的大小,膜面初始预张力越大,受正压区域越大．来流风向角会改变膜面正负极值 风压的分布,正负极值一般出现在与风向角垂直的边缘处．不同的矢跨比会产生不同大小的膜面风 压系数,但是从总体上看风压的分布形式是相同的．     

门式刚架轻钢结构抗风安全性分析

为研究门式刚架轻钢结构的抗风安全性,采用风洞试验方法对我国东南沿海一轻钢厂房的表面风压进行了测试;将测得的2个最不利风向的风荷载以及按荷载规范和轻钢规程计算的风荷载分别施加于厂房的不利刚架上,采用基于板壳单元的精细有限元方法对刚架进行极限承载力的非线性分析,获得了在不同工况下刚架的抗风安全系数和风致破坏形态.通过对刚架在不同风荷载取值下的风致安全性进行了对比分析,结果显示:该刚架在轻钢规程的风荷载以及由风洞试验得到的极端风荷载作用下的安全冗余度偏低;而直接按荷载规范的风荷载(未含阵风系数)进行抗风设计可能会使承重刚架偏于不安全;通过一种简便的节点构造改进措施,可以明显提高刚架的风致安全性,并降低刚架对初始缺陷的敏感性.     

拱型波纹屋盖在风与雪作用下的有限元分析

以W666型拱型波纹屋盖为研究对象，对30m跨波纹拱在不同矢跨比，支座边界为固支的条件下进行风荷载、雪荷载作用几何非线性有限元分析？结果表明，波纹拱在风荷载作用下结构的变形是非对称的；在风荷载值相同的情况下，由于半跨雪荷载加在风压一侧，加重了波纹拱迎风面的风荷载，结构变形比全跨雪荷载作用时大，结构承载力相对降低。这些结论为波纹拱的设计、研究和应用提供了一定的参考依据。     

影响不对称支撑圆形钢天线风致疲劳寿命的因素

在求得结构不同风向、风速下风致响应以及结构所在位置处的风速风向联合分布函数的基础上,基于经典的疲劳累积损伤理论,对一实际不对称支撑圆形截面钢结构进行风致疲劳寿命估计。通过实例分析的结果,讨论了风向、结构表面粗糙度、涡激共振以及平均风速等重要因素对结构风致疲劳寿命的影响。计算结果表明：1）风向对结构的风致疲劳累积损伤影响较大,在出现概率大的风向区间内造成的疲劳累积损伤较大;2）结构表面粗糙度对结构的风致疲劳寿命影响也较大,疲劳寿命随着表面粗糙度的增加而减小;3）涡激共振对结构的疲劳寿命有一定的影响,在计算结构的风致疲劳寿命时,不应该忽略涡激共振的影响;4）平均风荷载对结构的风致疲劳寿命影响较小。     

风-雨荷载下大型冷却塔内压作用

为了探讨暴风雨气候下降雨对大型冷却塔的影响,本文展开了风雨两相流模拟以及内表面气动力研究。以某210 m高超大型冷却塔为研究对象,以风-雨耦合算法为核心,基于计算流体动力学方法分别采用连续相和离散相计算模型展开风场和雨场的数值模拟。在此基础上,研究9种不同风速-雨强组合对塔筒内表面雨量、雨荷载和等效内压系数等的影响规律,揭示风-雨耦合作用下塔筒内部速度流线和雨滴轨迹的作用机理,最终提炼出最不利组合工况并分析其等效内压系数分布特性。研究表明:风-雨荷载下冷却塔塔顶内表面背风区的雨致压力系数不能忽略,最大数值可达0. 003 8。结论可为此类冷却塔在极端天气下的内表面压力取值提供参考。     

巨型高层开洞建筑刚性模型风洞试验研究

用缩尺比为1：300的刚性模型对巨型高层开洞建筑进行了风洞测压试验,研究了C类场地、16个来流风向条件下,模型各表面(包括洞口内部)的风压分布特性等,并确定了结构总体风荷载及最不利风向角．结果表明：洞口的设置减小了建筑物所受的总体平均风荷载,但并非洞口越大减小风荷载越多．在建筑物上部开洞,对减小基础所受弯矩非常有利,而在中上部开洞则对减小总体平均风荷载更为有效,并且当风向与开洞方向平行时基础所受的总平均风荷载最小．风荷载沿建筑高度的变化并非按规范中的规律分布,而是中上部大、两端小.     

中、美、加、欧屋面雪荷载规范对比

陈述了我国规范与美国、加拿大和欧盟规范在雪荷载取值方面的差异.结果表明：我国规范的雪荷载计算公式过于简单,不能充分考虑各种相关因素对雪荷载的影响;我国规范规定的屋面雪荷载临界坡度在4本规范中最小;在双坡、拱形和高低屋面中,我国规范的雪荷载剖面与国外规范差异较大;最后给出对我国规范雪荷载取值规定的一些初步修改建议,为我国...     

防雪栅设计高度的数值仿真研究

防雪栅是一种有效防治公路风吹雪雪害的措施之一。本文基于雪害形成机理,论述了公路风吹雪雪害数值仿真的思路和方法,并针对路堤这一典型路基断面形式,运用该仿真技术,就防雪栅设计高度对防雪效果的影响进行了研究,其结果与国内外已有的研究成果相吻合,从而为防雪栅及其他防雪设施的设计提供了一种新的分析方法。     

雪灾下轻钢结构大面积破坏的概率成因

现行可靠度设计统一标准在分析轻钢结构构件可靠度时,对荷载效应比值的取值范围考虑不够充分.针对此不足,提出了1种基于应力的荷载效应比值计算方法,解决了在构件失效是由多种形式内力引发的情形下选择何种荷载效应来计算荷载效应比值的问题.以多个轻钢结构构件为例,采用该方法分析了轻钢结构中荷载效应比值的取值范围.揭示了雪荷载不利布置下,轻钢结构的荷载效应比值将会非常高的现象.接着对按现行分项系数设计的轻钢结构进行了可靠度校核,表明轻钢结构的可靠性处于较低的水平.最后分析了雪荷载超过设计标准时轻钢结构可靠度随不同荷载效应比值的变化规律.结果表明当雪荷载超载较大时,荷载效应比值越大的结构可靠性越低.这从可靠性的角度为近年雪灾中轻钢结构大面积破坏的现象提供了补充解释.     

风荷载作用下LNG储罐混凝土外罐力学性能分析

为获得大型全容式LNG储罐混凝土外罐在风荷载作用下的响应特性,以有限元软件ANSYS为分析平台,针对一160 000 m3LNG储罐实际工程建立了静力风荷载及顺风向脉动风荷载作用下的精细化有限元模型.通过对比国外学者提出的傅里叶解析式表达圆柱体表面的风压分布和中国《建筑结构荷载规范》给出的旋转壳体周向体型系数,以及中美规范关于风压高度变化系数的规定,表明中国《建筑结构荷载规范》确定风压分布对结构影响更为不利;对比了不同风向下储罐外罐的内力及变形模拟结果,获得了各风向对储罐响应的影响程度及规律;采用拟定常假设,来流风速谱取Davenport谱,储罐外罐的风振响应分析结果表明:顺风脉动风荷载作用下,结构的位移及环向应力的变化趋势与静力风荷载作用下相近,但应力及位移的极值响应结果约为静力风荷载作用2倍;与静力荷载下储罐结构的响应结果对比表明,静力风荷载及顺风向脉动风荷载对LNG储罐混凝土外罐的受力及变形影响皆不大.     

兆瓦级太阳能热气流发电站风荷载的数值模拟

针对发电功率为100 MW的太阳能热气流发电系统进行几何尺寸设计,运用计算流体力学(CFD)方法对兆瓦级太阳能热气流发电站的平均风荷载进行数值模拟,得到烟囱和集热棚内、外风场和风压分布规律.根据风工程理论计算烟囱表面的压力系数和风载体型系数,与规范中圆截面构筑物的体型系数以及相关结构的风洞试验值进行比较.结果表明,模拟值与规范值基本吻合,这说明运用CFD方法对超高耸结构进行风荷载模拟是可行的.绘制体型系数曲线,研究烟囱沿圆周方向和高度方向平均风荷载的分布规律,结果表明,圆截面高耸结构的体型系数随高度的增大而减小.     

建筑物风压分布随侧风面长度变化的数值研究

用计算机数值模拟风作用下高层建筑周围的紊流流场，从而得到高层建筑外表面上的风压分布沿侧风面长度方向的变化规律，并对风压及风压系数进行数学回归，拟合风压系统分布公式，为建筑结构风荷载和暖通渗风量的计算提供依据。     

Wind and Snow Impacts on Urban Space Planning: A Multiphase Numerical Simulation

城市规划空间中的风雪影响：多相流数值模拟

胡志浩^1,2,曹慧哲^1,2,张斌³,张建祺⁴,李彪⁵

（1. 建筑学院, 哈尔滨工业大学, 哈尔滨 150000; 2. 寒地城乡人居环境科学与技术工业和信息化部重点实验室,哈尔滨工业大学, 哈尔滨 150000; 3. 中国能源建设集团山西省电力勘测设计院有限公司, 太原 030001; 4. 马里兰大学,摩县,马里兰州巴尔21250美国; 5. 能源科学与工程学院, 哈尔滨工业大学, 哈尔滨 150006）

摘要： 城市规划空间外的风雪环境对严寒地区人居环境的舒适性和安全性起着关键作用。然而,对人类住区外部环境的传统研究往往忽视了风和雪环境的综合影响。此外,在城市气象研究中,无法准确评估特定地区或地点的风雪环境。在本文研究中,采用先进的计算流体动力学（CFD）多相流数值方法来模拟规划区域的风雪环境。进一步通过结合暴风雪天气指数（SWI）对暴风雪天气等级（SWG）进行分类,以生成风环境和雪环境的计算结果。亮点是,在规划空间中选择了150个测量点,用于分析和评估其风和雪环境。结果表明,SWI指数可以有效地与风雪环境计算结果相关联。此外,SWI图表显示,55%的测量点具有中等的风和雪等级SWI,这超过了整个地区的平均等级。 实际应用：本文提出的风雪环境评价指标和技术方法可成功应用于其他严寒城市的风雪研究。

关键词：城市规划,规划空间,严寒地区,风雪环境,多相流数值模拟     

基于网函数插值理论的结构表面风压预测

影响结构表面风荷载分布特性的因素很复杂,且具有不确定性,仅靠风洞试验难以完整地获得和描述其风荷载分布特性。因此,探讨了基于网函数插值理论的结构表面风压分布预测。首先,介绍了一种可多方向拟合一次误差调整的网函数插值法,并基于网函数插值技术对于多个传感器所获得的数据进行数据融合,提出了结构表面风压分布预测方法,然后用风洞试验数据进行了验证。实例验证结果表明：网函数插值法可以根据布置在结构物表面的测点网,快速计算出相邻位置的表面风压值,这是作为数据融合手段预测结构表面风压分布特性的一个有效途径,且该方法稳定性好,简单实用,精度较高,可被应用于风洞试验中减少测点数量和扩充复杂建筑表面风压分布数据等。