矩形高层建筑顺风向脉动风荷载空间相关性

为研究风场类别、结构特征尺寸及竖向间距等因素对矩形高层建筑顺风向脉动风荷载空间相关性的影响,采用矩形刚性模型表面压力同步测量试验,对顺风向脉动风荷载及脉动风速相干函数空间分布特性进行研究,对矩形模型表面脉动风荷载与脉动风速、迎风面与背风面脉动风压的相关性进行对比分析.根据试验结果,对传统脉动风速相干函数模型进行改进,提出了可计及风场类别、结构迎风面宽度及竖向间距等流场和结构参数的矩形建筑顺风向脉动风荷载相干函数表达式.结果表明:顺风向脉动风荷载的相关性要明显强于脉动风,当矩形断面长边迎风时,迎风面脉动风压相关性低于断面整体风荷载的相关性,背风面脉动风压的弱相关性在间距较小时并不能完全忽略,采用传统脉动风速相干函数模型可能导致脉动风荷载取值偏不安全.

矩形断面高层建筑脉动风荷载频谱特性研究

为研究风场特性及矩形断面长宽比等因素对矩形高层建筑脉动风荷载功率谱特性的影响,以矩形断面(宽厚比B/D=2∶1,1∶2)为例,采用刚性模型测压风洞试验的方法,测得了边界层中矩形模型的脉动风荷载时程.参考日本建筑设计建议(AIJ)给出的横风向脉动风荷载谱模型,对试验结果进行拟合,给出了一个简化的矩形高层建筑横风向脉动风荷载功率谱函数表达式.试验结果表明,顺风向脉动风荷载主要由纵向紊流引起,其功率谱密度函数特征与来流紊流基本一致;横风向脉动风荷载的形成机理较为复杂,矩形断面侧边存在复杂的分离流动及再附现象,但其无量纲功率谱密度沿高度基本一致;斯托哈尔数沿高度方向变化较小,当宽厚比分别为2∶1和1∶2时,斯托哈尔数分别约为0.128和0.069 7.

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。

不同长宽比矩形高层建筑的分离再附流动特性

为研究边界层紊流特性、断面长宽比和空间位置等因素与矩形高层建筑分离再附流动特性之间的关联,通过不同长宽比矩形建筑模型的同步测压试验,获取不同工况下的表面风压实测数据;分析了影响矩形建筑三维分离再附流动和分离区长度演化规律的多种因素,探讨了大尺度紊流下矩形高层建筑的非定常气动力与分离再附流动特性的内在关联;定量给出了平均分离区长度在竖向的分布规律.研究结果表明:紊流风场的积分尺度与建筑特征尺寸的比值关系会影响分离再附流动和气动力特性的试验精准度,最大偏差可达约24%;边界层紊流的干扰导致分离剪切层曲率增大,加强了对分离区的卷夹作用,稳定再附将发生在长宽比为2时;平均分离区长度在竖向方向逐渐增大,并依据试验结果给出了高层建筑侧面风压取值的修正建议.

某对称超大跨度火车站屋盖风洞试验研究

通过贵安火车站的风洞试验,对试验数据进行了处理,依据风压系数、体型系数和风振系数等对该类大跨屋盖结构风荷载作用规律进行了分析。结果表明:任意风向角下屋盖顶面各区域基本承受负压,底面有较大正压区;来流方向靠近分离点的屋面前缘及屋盖顶面拐点处压力系数绝对值较大;各区域风振系数变化均匀,竖向位移风振系数具有较好的连续性。

上翘式弧形火车站雨棚风荷载特性研究

以一种新型上翘式弧形火车站雨棚为研究对象,通过风洞试验和数值模拟两种方式研究了该新型结构的风荷载特性。通过大比尺风洞测压和测力试验,研究了该雨棚表面风压分布规律和在不同风攻角作用下雨棚的三分力系数变化特征。试验结果表明,由于雨棚的上翘构造,使得迎风面上表面的负压变大,下表面的正压变大,风荷载作用进一步加强;风荷载分布对风向角较为敏感,0°风向角为最不利风向角。通过CFD数值模拟方法计算了不同比尺下结构的三分力系数,并与风洞试验结果进行对比,研究了雷诺数对该雨棚三分力系数的影响。该结构并非典型流线型结构,由于上翘的影响,存在明显的流体分离和再附,具有钝体绕流特性,当选用1∶10和1∶15大比尺时,三分力系数与原型相差较小。因此,对该类结构选择大比尺模型进行风洞试验研究是非常必要的。

大跨度斜拉桥拉索阻力系数风洞试验研究

通过香港昂船洲大桥拉索风阻系数风洞试验研究,得到了各工况下不同直径及不同的表面形式拉索的阻力系数值,并对大跨度斜拉桥拉索的阻力系数特性进行了研究。结果表明:来流方向从顺桥向往横桥向变化时,阻力系数逐渐增大;来流方向沿纵桥向时,拉索倾角对阻力系数影响较大,风速对其影响较小;阻力系数随表面粗糙度的增加而增大,横桥向时表现更加明显,并且螺旋线表面阻力系数大于压花表面阻力系数;螺旋线表面拉索阻力系数受风速影响较小,压花表面阻力系数随风速的增大而增大;对比试验值与我国现行规范取值,规范取值偏于保守。

台风风特性现场实测与数值模拟研究综述

台风风特性的现场实测与计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)数值模拟是研究台风作用下结构风效应和城市地形风场特性的主要方法。采用综述形式,对当前台风风场特性现场实测与数值模拟研究的基本方法、主要内容、待解决问题及未来发展趋势进行了归纳及总结。现场实测台风数据为台风风特性的研究提供有力的科学根据,在数值模拟软件中对台风风场进行模拟极大方便了对台风风特性的研究。目前,台风实测数据还十分有限,台风非平稳性和地域性差异等因素导致难以用数值模拟的方式准确描述城市地形风场环境。未来,需以现场实测和数值模拟相结合的方式,总结风场特性,对城市地形风场建立适配的台风数学分析模型,得到合适的结构设计风参数选值方法。

矩形超高层建筑归一化横风向脉动风荷载谱模型

为研究超高层建筑横风向脉动风荷载谱特性,在B、D两类紊流风场中开展了不同长宽比矩形刚性模型测压试验。结果表明:横风向脉动风荷载特性主要受紊流风场、气动外形和旋涡脱落等因素影响,矩形柱截面的长宽比变化将影响功率谱幅值及能量分布。当矩形柱截面长宽比小于3时,横风向脉动风荷载谱特性主要受旋涡脱落控制,但当长宽比超过3后,矩形柱侧面分离再附流动的影响逐渐加强,具体表现在:功率谱峰值减小、带宽增大及高频区出现较小谱峰。根据风洞试验结果和矩形柱横风向脉动风荷载谱特性,提出了归一化横风向脉动风荷载谱模型,该经验公式物理意义明确、形式简洁,有一定的工程参考意义。

桥梁断面范德波尔振子涡激气动力模型参数非线性化的能量原理

采用范德波尔振子类涡激气动力模型,通过能量平衡原理,推导了涡激共振过程中结构的振幅增量、初始气动阻尼、非线性气动阻尼三者之间的基本关系,进而得出模型中气动力参数ε与振幅yT之间关系的识别原理。基于某扁平箱梁桥梁断面的节段模型涡振试验结果,对范德波尔类涡激气动力模型参数随振幅的演变关系进行了识别。结果表明,在涡激共振锁定区间内,随着振幅的增加,参数ε呈单调下降的趋势。与之相反的是,参数ε形成的非线性气动阻尼比却呈非线性增长的规律。当参数ε相关的非线性气动阻尼、初始气动阻尼、结构阻尼三者之和为零时,结构达到稳定的涡振极限环状态。研究表明:初始气动阻尼特性决定了结构能否起振而形成涡振锁定区间;识别出模型参数随振幅的变化关系后,高于试验阻尼的结构涡振响应具有可预测性。

风速概率分布模型在桥梁基本风速计算中的应用

通过对比多种风速概率分布模型在桥梁基本风速计算中的适用性,分析不同分布模型的差异性,研究其对公路桥梁极值风速取值的重要影响,并进一步探讨如何根据地区特点选用适用的风速概率模型。以5个地区的实测风速数据作为验证依据,基于最大年平均风速统计结果验证各模型的差异,并依据现行《公路桥梁抗风设计规范》(JTG/T3360-01—2018)的地区分布热力图,讨论了各地区选用概率分布模型的合理性与适用性。研究结果表明:现行规范增大了强风区域基本风速取值,各风速模型在不同重现期下的变化趋势减缓,能有效确保桥梁基本风速取值的安全性和风场分布连续性;基于广义极值分布的极值风速预测值最大,而基于广义帕累托分布最小;5种概率分布模型可大致分为3类:风速增长型、风速生长型和风速平稳型,不同类型模型适用于不同风速变化地区。

热带海岛地区薄膜温室建筑抗风研究综述

热带海岛地区强/台风频发,薄膜温室建筑的风致破坏严重。然而,我国对于海岛地区薄膜温室建筑抗风设计理论与方法的研究较少,开展近地面风场和薄膜温室建筑风效应研究具有重要的理论与工程意义。文中概述了热带海岛地区薄膜温室建筑抗风研究的背景和意义;介绍了国内外对近地面风场特性的研究现状,从现场实测、风洞试验和数值模拟等方面概括了农业温室建筑和膜结构抗风的研究现状;提出了目前相关研究存在的不足,并通过分布式光纤传感技术、现场实测、风洞气弹试验、流固耦合数值模拟和理论分析等方法,对热带海岛地区薄膜温室建筑风效应、风致破坏机理、抗风措施与抗风设计理论等研究作出展望。

某复杂大跨火车站风致响应分析

针对某复杂大跨火车站屋盖结构风致振动问题,采用频域法中考虑模态耦合效应的分量法,求解了结构在风荷载下的响应,结果表明,采用改进的分量法求解大跨屋盖结构的风振系数具有较高的精度,可满足工程计算的要求。

斜风作用下桥塔对大跨度斜拉桥主梁静风荷载特性的影响

为有效评估斜风作用下桥塔对大跨度斜拉桥的干扰效应,及其对桥塔区域局部风环境和加劲梁静力风荷载特性的具体影响,以某730 m跨径斜拉桥为工程背景,采用自主设计的气动刚性模型测力系统、节段模型试验和CFD数值模拟计算相结合的研究方法,获得了某大跨度斜拉桥在不同来流风向下不同主梁位置处的流场分布和三分力系数结果。通过气动刚性模型测力系统测取斜风-桥塔工况下的主梁静力系数,可有效实现对斜风-桥塔联合干扰效应的研究,相比节段模型试验更符合实际情况。将气动刚性模型试验结果与节段模型、数值模拟及斜风分解理论计算结果进行对比,量化分析了斜风-桥塔联合干扰效应在评估斜拉桥主梁静力风荷载中的影响。结果表明:斜风作用下桥塔对其附近风场的干扰更为显著,存在较明显的风速放大或突降区,加劲梁在桥塔两侧的受扰区域宽度约为塔高的1/5;斜风-桥塔联合干扰作用对受扰区域内加劲梁静风荷载特性的影响不容忽视,可能导致主梁局部位置气动力较大幅度增大的不利情况;斜风分解法理论结果与气动刚性模型试验结果基本一致,但在斜风-桥塔联合干扰区域内可能得到偏不安全的结果,其适用性还有待于进一步完善。

矩形断面抖振阻力空间分布特性试验研究

为了研究紊流作用下钝体抖振阻力的空间分布特性及流固相互作用机理,以2∶1矩形断面为例,通过刚性模型测压试验研究了抖振阻力的跨向相关性及空间能量分布特性。结果表明,当紊流积分尺度与钝体特征尺寸相当时,抖振阻力的相关性高于纵向脉动风,这也许是由漩涡沿展向发生拉伸引起。而在分离点附近,来流漩涡会发生剧烈畸变,顺流向大尺度漩涡会破碎成小尺度漩涡,在此过程中能量由低频向高频的转移,并导致脉动压力的跨向相关性也会有所减弱。与迎风侧不同,背风侧脉动压力主要受钝体尾流中的紊流成分影响,其漩涡沿跨向拉伸程度可能要高于迎风侧,以致背风侧脉动压力的跨向相关性强于迎风侧。顺流向分离涡在由分离点向中部运动过程中,其高频的小尺度漩涡可能并没沿顺流向拉伸,而是直接耗散,从而导致脉动压力谱在低频保持不变,而在高频区下降。