移动下击暴流作用下高层建筑风荷载特性研究

为研究移动下击暴流作用下高层建筑的风荷载特性,采用可移动的冲击射流装置对高层建筑模型进行了测压试验,并通过计算流体力学方法进行数值模拟,分析了风暴移动过程中,风场中不同位置的高层建筑模型表面风压分布特性及风荷载作用机理。结果表明:风暴的移动会使风暴前缘风速加强,而使后缘风速减弱,从而使建筑表面的整体风压出现相应变化。当建筑位于风暴移动中心线上时,气流分离形成的漩涡主要出现在顶面迎风侧前沿及侧面迎风侧上角部区域,这些区域负压相对较大;建筑顶面在风暴经过时会产生较大正压。当建筑位于风暴移动中心线外时,高层建筑的来流风风向会随风暴的移动而不断发生变化;当建筑位于风暴前缘时,与来流风夹角较小的侧面会由于气流在钝体边缘的分离作用而出现较大的负压区域;当建筑位于风暴后缘时,建筑顶面角部区域会由于锥形涡的产生而出现较大负压。

移动型下击暴流及其作用下高层建筑风荷载的数值模拟

下击暴流造成了大量的输电线塔、风机等结构的破坏,对其风场及其引起的结构风荷载研究非常迫切。该文基于RANS,利用SST k-ω湍流模型模拟了下击暴流风速特性及其作用下高层建筑的风荷载。对静止型下击暴流及其作用下高层建筑的风荷载进行了三维定常数值模拟,并将模拟结果与风洞试验结果相对比,结果表明:所建立的CFD计算模型能较好地模拟下击暴流及其作用下高层建筑的风荷载。借助于滑移网格技术对移动型下击暴流进行数值模拟,探究了相应的下击暴流风场及其对位于射流口中心移动路径上的高层建筑的风荷载。将该文模拟得到的移动型下击暴流径向风剖面与实测结果以及其他学者模拟结果相比较,吻合度较高,验证了凭借滑移网格技术能逼真地模拟出下击暴流的风场特性及其作用下高层建筑的风荷载。将静止型和移动型下击暴流的风场特性及其对建筑物的风压作用进行详细对比,研究结果表明:射流口的移动增强了运动方向的径向风速,减小了负方向的风速,并增大了建筑物表面的风压系数,这在结构设计中应予以考虑。

下击暴流作用下悬浮抱杆的风振响应分析

为准确评估下击暴流作用下输电塔施工场地抱杆的安全性能,采用有限元方法分析了悬浮抱杆的风振响应特性.基于确定性-随机混合模型,通过改进的随机波数谱方法模拟移动下击暴流的全过程风速,计算得到了悬浮抱杆在下击暴流作用下的风振响应.结果表明:悬浮抱杆在移动下击暴流的作用下将发生大幅摆动,同时主体结构出现弯曲变形,其中抱杆中段的顺风向位移幅值可达1.388 m,外拉线拉力最大值为45.11 kN,承托绳的最大拉力为47.06 kN,悬浮抱杆主体结构的最大位移及拉线的最大拉力均在下击暴流中心距离悬浮抱杆1100 m附近时出现.可见,下击暴流作用下悬浮抱杆易产生较大的风振响应,将对输电塔的施工安全产生不利影响,有必要采取相关的加固与减振控制措施.

风暴移动对下击暴流风场特性的影响研究

气象观测表明,下击暴流的风暴中心是移动的,风暴的移动会对风场特征产生重要影响。为研究风暴移动对下击暴流风场特性的影响,基于计算流体动力学方法建立考虑移动效应的下击暴流数值模型,并通过可移动喷口的冲击射流试验对数值模拟结果进行了验证。结果表明:移动下击暴流风场在风暴中心前缘存在较大环涡,形成弓形分布的极值风速区域,最大水平风速出现在距离风暴中心r=1. 0Djet(Djet为喷口直径)左右,极值风速可达1. 5Vjet(Vjet为射流速度);风暴后方水平风速被减弱,最大风速出现在r=1. 5Djet附近,极值风速约为0. 8Vjet。近地面竖向风速随高度的增大而增大,受风暴移动的影响,在风暴中心区域,竖向风速向风暴移动方向一侧倾斜;在风暴中心区域以外,竖向风速主要由环涡引起,较大竖向风速主要分布于风暴中心后方以及风暴中心前方1. 0Djet^2. 0Djet的区域。风暴的移动导致风场中测点风速和风向随时间变化显著。

移动型下击暴流作用下大跨度轻钢厂房风荷载特性

为研究大跨度轻钢厂房在移动下击暴流风场下的风荷载特性,基于相似准则确定缩尺模型进行风洞试验,通过下击暴流发生装置模拟移动型下击暴流风场,探究了模型表面风压系数、风力系数在不同偏移距离(0~700 mm)、移动速率(0~0.2 m/s)下的变化情况,最后与稳态情况进行对比分析。结果表明:移动速率越大,风压系数和风力系数达到峰值的时刻越晚,峰值也越低;风压系数在偏移距离为0~300 mm的情况下,随相对径向距离增大变化较大,峰值较高,近风口墙面风压系数在偏移距离较大且模拟器移动至距模型最近位置时出现负峰值,墙面易破坏;偏移距离不同时,风力系数随相对径向距离变化情况差异较大,轻钢厂房可能出现倾覆或掀起破坏;移动型和稳态下击暴流作用下风压和风力系数均值基本相同,但对于极大值和极小值,稳态情况下结果相对较大,峰值也更高。