新疆达坂城风区顺风向脉动风功率谱

为研究新疆乌鲁木齐所处达坂城风区的复杂脉动风环境,基于实测风场风速数据分析并拟合了该风区的顺风向脉动风功率谱。结果表明:以反比例函数拟合山区峡谷地形平均风速与湍流强度的关系误差较小;山区峡谷地形湍流积分尺度分布较离散,但整体随平均风速的增大而增大;考虑地形系数的Kaimal修正谱在含能区和惯性子区间能较好地表征实测谱,在耗能区选用三参数拟合描述实测谱效果良好;选用过渡函数来描述惯性子区间与耗能区接触区域的功率谱,拟合效果较为理想。可见达坂城风区具有特殊顺风向脉动风特性,以修正谱和拟合谱分段构成的函数模型可用于表征该风区顺风向脉动风功率谱。

山区峡谷风袭击下绝缘子串风偏特性研究

为了掌握山区峡谷风袭击下输电线路绝缘子串风偏特性,提出了一种山区输电线路峡谷风场模拟方法.首先以峡谷风变化规律和信息为目标,基于Davenport风功率谱,通过待定系数法修正风功率谱,采用谐波叠加法构建了山区输电线路峡谷风场,分析了模拟风场与峡谷实测风场的相关性;然后建立山区输电塔线体系有限元模型,研究了峡谷风袭击下绝缘子串风偏特性,分析了降雨条件和风攻角对绝缘子动态风偏的影响,探索了峡谷风增大效应,给出了峡谷风袭击下的绝缘子串风偏角计算公式.结果表明:通过待定系数法修正Davenport风功率谱,可实现山区输电线路峡谷风场模拟;峡谷风袭击下的绝缘子串动态风偏角呈现上下波动趋势,且服从正态分布.降雨强度和风攻角越大,绝缘子串的风偏越大.建议峡谷风作用的绝缘子串采用修正的刚体直杆法计算.计算峡谷风袭击下绝缘子串的风偏角时,建议考虑峡谷风动力增大效应.

杆系结构风激响应及谱分析

基于脉动风的基本理论和Davenport风荷载功率谱,提供了在频域内杆系结构迎风风激响应的计算方法。应用Morison方程确定风荷载,同杆系结构耦合求解其各阶振动的频率响应函数,并根据线性系统特性计算结构的位移谱。给出不同参数的杆式结构在各种风速作用下的位移图谱,可供工程应用参考。

强台风登陆过程大跨桥梁风特性特征及其抖振响应分析

台风环境条件的风场特征对沿海大跨桥梁结构的风致响应影响显著。结合强台风黑格比(0814)的登陆演变全过程风场逐时记录数据,对台风气候条件下的实测近地平均风特性(平均风速、风向角和风攻角)和脉动风功率谱进行了统计分析,研究了中心过境强台风的风场演变特征。随后分别采用规范谱和实测台风谱对位于台风影响区内的一座大跨斜拉桥(主跨448 m)进行了三维风致抖振响应分析,研究了台风演变过程中桥梁结构抖振响应特征。采用实测台风谱计算的桥梁抖振响应与仅考虑规范谱的结果差异显著。进一步研究了来流大攻角效应对桥梁抖振响应的影响,结果显示,结构竖向和扭转抖振位移分别为仅考虑规范谱响应结果的204.12%和264.87%,横向位移增加67.27%。研究表明:强台风气候条件下,来流大攻角和高频湍流能量卓越的脉动风速对桥梁抖振响应影响突出。因此,关于桥梁风致抖振的相关研究亟需慎重对待,并应加强桥梁风致安全评估。

大跨度公铁两用斜拉桥三维风速场实测与模拟

为得到沪通公铁两用长江大桥(后简称沪通大桥)桥址区风速时程序列,对沪通大桥开展了现场风速实测,对桥址区的风场特性进行分析,得到基于实测数据的风速谱,并将其与规范给出的风速谱进行参数对比.之后采用基于实测风速谱显式分解的谐波合成法,将该桥的三维脉动风速场简化为多个线状的一维脉动风速场,分别对两个主塔、公路桥面、铁路桥面的脉动风速进行数值模拟,模拟值与目标值吻合较好.结果表明:采用实测的风速谱参数可以很好地得到大跨度桥梁数值模拟三维脉动风场,并与规范给出的统一功率谱有一定的差异性,体现了规范谱应用于不同地区,尤其是复杂气象条件时的局限性.得到的基于实测风特性的大跨度斜拉桥风速时程序列,为桥梁的风振分析提供了基础,具有良好的实用效果.

基于多维AR模型的风速时程模拟

目的生成空间多点的顺风向风速时程,比较不同阶AR模型的模拟效果,评价由BIC准则判定的AR模型最优阶数的合理性.方法根据工程中普遍采用的顺风向脉动风速谱,利用MATLAB软件编制空间多点风速时程的自回归线性模型程序,并嵌入BIC准则以判定多维AR模型的最优阶数,使用不同阶模型对风场进行模拟并比较各阶模型的模拟效果.结果通过对西堠门大桥风场的模拟发现,BIC准则判定得到的AR模型最优阶数为2阶,同时2阶模型取得了不错的模拟效果;不同阶模型的模拟效果有较大差异,1阶模型离散性较大,6阶、8阶模型模拟精度稍好,4阶模型模拟效果最好.结论 BIC准则判定得到的AR模型最优阶数偏低,但根据其最优阶数进行的模拟也可取得不错的模拟效果;模型阶数对模拟效果有很大影响,阶数过低将导致结果离散性较大,阶数过高并不一定取得更高的模拟精度,选择合理的模型阶数既可取得最优的模拟效果又可节省计算时间.

基于小波重构的脉动风合成及特性研究

针对傅里叶变换的谐波合成脉动风的理论不足,提出一种小波重构合成脉动风方法,以控制频带能量为标准推导脉动风合成公式。通过计算机仿真分析,结果表明小波重构合成的脉动风具有良好的时频非平稳性,能够反映脉动风特性;同时,分析了在合成脉动风时小波函数基的选取方法和分层数的选取。

圆角化方形截面高层建筑风荷载特性试验

对圆角率为25%的正方形高层建筑刚性模型进行了测压试验,并对其风荷载特性进行了研究;分析了三分力系数和基底力矩系数随风向角的变化规律,给出了阻力系数平均值、根方差值和升力系数根方差值拟合结果;分析了最不利风向角下的风荷载功率谱,并采用经验公式进行拟合;分析了体型系数并与规范中正方形体型系数进行了对比。结果表明:对正方形建筑角部进行圆角化处理能明显降低建筑风荷载,且消除了功率谱曲线谱峰尖而窄的单峰现象,从本质上改变风荷载特性,有利于主体结构的抗风设计;角部区域负压较大,对幕墙抗风设计不利。

格栅湍流场湍流特性的数值模拟

目的为验证数值模拟方法对于求解格栅湍流场的可行性,研究格栅下游流场湍流特性的变化规律.方法运用计算流体动力学(CFD)技术,采用大涡模拟(LES)方法,对两种格栅的三维数值模型进行计算.结果对于格栅湍流场的湍流特性,数值模拟结果同风洞试验结果吻合良好,所得规律一致.随着距格栅距离的增加,流场的湍流强度呈指数下降趋势,湍流积分尺度呈线性增加趋势,脉动风功率谱形状保持一致,但总能量呈减小趋势.结论数值风洞作为分析格栅湍流场的一种新手段,具有结果可靠、灵活性强、成本低等优点.

U形峡谷桥址区风特性实测研究

山区桥梁桥址区风场特性相比平原地区更加复杂,具有强烈的地形效应。针对某U形峡谷中三塔斜拉桥的中塔建立了高度方向的多个测点,测得了不同高度处的风速时程,通过统计分析得到桥位的平均风参数和脉动风参数及其统计规律。分析结果表明,该峡谷桥址区的平均风速剖面受地形影响大而且形式复杂,风攻角比规范推荐值大,顺、横、竖风向的湍流度比值与规范值的差异明显,湍流积分尺度、脉动风功率谱与规范相比也有所区别。

典型超高层建筑风荷载的风洞试验研究

通过测力风洞试验对典型超高层建筑风荷载的作用机理进行了系统的研究。评估了各风力脉动分量的相关特性,研究了结构顺风向、横风向和扭转基底谱的分布特征,分析了结构三维等效静力风荷载及顺风向风振系数,并与规范结果进行了对比研究。研究成果可为超高层建筑的抗风设计及相关研究提供有用的资料及依据。

基于大涡模拟的超高层双塔建筑风荷载特性研究

随着建筑技术和建筑材料的不断发展,出现了越来越多的超高层建筑,其中有些是双塔形式的建筑。风荷载是这类结构重要的控制荷载,双塔建筑之间风荷载的干扰作用复杂,GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》没有作出明确的规定。要对建筑进行精细化分析,必须详细了解其风荷载特性。基于风洞试验和数值风洞模拟,对双塔建筑的风荷载特性进行研究。利用谐波合成法得到数值风洞的入口脉动风速,基于大涡模拟得到双塔建筑的阻力系数、升力系数、风荷载功率谱及双塔之间的干扰作用,并将计算结果与刚性模型测压试验的结果进行对比,各工况结果吻合良好。

高耸结构风荷载特性的风洞试验研究

通过风洞试验对椭圆截面高耸结构的风荷载特性及结构抗风安全性进行了系统研究。获得了结构表面风压分布规律,研究了高耸结构三维风荷载功率谱特性,评估了结构的三维等效静力风荷载并和规范结果开展了对比性研究,讨论了结构抗风动力可靠性。研究结果可为高耸结构的抗风设计和风洞试验提供技术参考。