大跨屋盖风荷载风洞试验及数值模拟

以闽南某大跨体育馆屋盖表面为例,进行风洞试验和计算流体动力学(CFD)数值模拟研究.通过风洞试验,得出体育馆最不利风向角下的平均风压系数和分块风压系数.基于CFX10.0软件平台,采用剪切应力输运(SST)k-ω湍流物理模型,对屋盖上的平均风压进行数值模拟.将计算结果与风洞试验数据进行对比,结果显示两者大体上基本吻合,证明数值模拟可以较准确地模拟实际大跨屋盖表面的平均风荷载.     

大跨度屋盖结构风振系数随厚度变化研究

为研究大跨度薄壳屋盖结构屋盖厚度与风振系数关系问题,首先建立了时域内大跨度薄壳屋盖结构空间三维风振分析模型.然后通过FORTRAN软件平台编制基于谐波叠加法的脉动风载荷程序.最后采用ANSYS瞬态动力计算得到屋盖结构的风振系数值,并分析出该类屋盖结构的风振系数与屋盖厚度之间的变化趋势.结果表明,谐波叠加法是模拟风荷载的有效方法,大跨度屋盖结构的位移风振系数值随厚度的减小而增大,其中跨中部位为受风荷载影响最为显著.数值算例验证了本文方法的正确性与有效性,为屋盖结构的抗风设计提供理论依据和工程参考意义.     

大跨屋盖结构位移风振系数研究

以株洲体育中心大跨屋盖结构为背景,基于刚性模型测压试验的脉动风荷载时程,通过有限元方法在时域内对大跨屋盖结构进行了分析,研究了不同情况下结构的位移风振系数及其变化规律,并与荷载风振系数进行了比较.结果表明:与荷载风振系数不同,大跨屋盖结构位移风振系数对位置以及阻尼比的变化不敏感,且结构整体的几何非线性对结构的荷载风振系数和位移风振系数影响相对均较小.在计算风振系数时,可以荷载风振系数为主,位移风振系数作为前者的补充.     

大跨屋盖结构风致振动的时程分析方法研究

以株洲体育中心大跨屋盖为背景,基于刚性模型测压试验的脉动风荷载时程,以大型通用有限元分析软件ANSYS为平台,采用编程和软件接口,进行了大跨屋盖结构风振响应时程分析计算.研究表明:风洞试验所得的脉动风荷载时程数据,可直接反映出大跨屋盖结构响应的时程,其结果是可行的、有效的,同时精确的时程分析还可以作为其它计算方法的比较依据.     

基于风洞试验的大跨航站楼屋盖风振响应分析

大跨屋盖结构对风荷载十分敏感,但尚无统一的规范计算方法。因此,对某机场航站楼进行了刚性模型测压风洞试验,得到大跨航站楼屋盖表面的平均、脉动风压系数。对其分布特性进行了研究,并讨论了周边建筑对结构表面风压分布的影响。对屋盖进行了风振响应时程分析,得到了脉动风荷载作用下此类大跨度屋盖在各个风向角的响应规律。结果表明,屋盖各区域的最不利风向角是各自的迎风角度;上游周边建筑对屋盖有遮挡效应,会减小屋盖表面的平均风压;屋盖开洞周边的风振响应较大;为该类结构抗风设计提供了参考。     

大跨屋盖结构荷载风振系数研究

以株洲体育中心大跨屋盖为背景,基于刚性模型测压试验的脉动风荷载时程,通过有限元方法在时域内对大跨屋盖结构进行分析,研究不同情况下结构的荷载风振系数和位移风振系数及其变化规律.研究表明:在同一风向角下,大跨屋盖结构的荷载风振系数对位置变化较敏感,偏于安全可以取荷载风振系数较大值,同时屋盖悬挑前缘节点荷载风振系数值较大.     

不同外部平台宽度对大跨建筑屋盖风荷载的影响

为了研究外部平台宽度对大跨屋盖风荷载的影响,在B类地貌中对无平台和5个典型平台宽度下的刚性模型进行风洞测压试验,得到了各工况下的屋盖表面平均风压系数和脉动风压系数.研究表明:外部平台增大了大跨结构屋盖的平均风荷载.随着平台宽度的增大,屋盖的平均风荷载先增大后减小.平台宽度12m时最不利,其最大增幅达到33%.平台宽度20m时增幅达到20%;外部平台增大了大跨结构屋盖的脉动风荷载,平台宽度12m时最不利,其增幅达到11%.平台宽度20m时,增幅为8%,其余平台宽度下的增幅基本在5%以内.屋盖背风面边缘的脉动风荷载随着平台宽度的增加而减小,平台宽度20m时可达19%.     

圆拱型温室风压数值模拟与研究

温室是设施农业的主要设施,其风荷载对温室是最为重要的可变荷载、也是对结构影响最大的因素之一.运用CAD并基于CFD计算平台Fluent软件,引入用户自定义函数(User Defined Function,UDF)模拟真实的大气边界层,对温室屋盖表面风压分布规律进行模拟研究,从1跨、3跨、5跨、10跨四种不同跨度的0°、30°、60°、90°对圆拱型的风向角情况下的压力系数对比并做出研究分析,结果表明:斜向来流是对圆拱形温室产生最不利的来流情况,所以这种来流对温室结构威胁最大.研究模拟计算的结果为圆拱型温室风荷载计算以及结构设计提供了相应依据.     

单向张弦梁结构风振系数的研究

针对大跨网架屋盖风致振动问题,采用时程分析方法,在有限元建模的基础上,采用改进的线性回归滤波器法进行脉动风荷载模拟,应用所得的数据,对广州国际会展中心单向空问张弦梁屋盖结构的位移风振系数和内力风振系数进行了研究,得到了一些张弦梁结构位移风振系数和内力风振系数的变化规律.     

群体球壳屋盖风荷载干扰效应风洞试验研究

针对大跨球壳屋盖风荷载的干扰效应问题,在大气边界层风洞内分别对单球壳和四球壳屋盖进行了刚性模型测压风洞试验.通过对比分析有、无考虑周边球壳屋盖,从结构基底力和风荷载体型系数分布规律等方面研究了群体球壳屋盖间的干扰效应.结果表明:在风对屋盖结构的整体作用方面,球壳屋盖结构基底平均竖向力系数值为0.81,为向上的风吸力,而基底平均水平力系数值为0.19且主要表现为顺风向的阻力;周边球壳屋盖的存在显著地减弱了结构的基底竖向力,而在部分风向角下增加了结构的基底水平力;在结构的抗风设计中,四球壳屋盖结构的基底水平力干扰因子由于偏安全考虑取为1.21,而基底竖向力可不考虑干扰效应,即结构受到的向上风吸力可按单球壳工况的竖向力取值.在风对屋盖结构表面产生的局部风荷载分布方面,单球壳屋盖结构表面的体型系数呈现对称分布,迎风面低纬度区域存在小范围的正压,其最大体型系数为0.99,而在屋盖顶部高纬度区域则存在较大的风吸力,相应体型系数可达-1.70;周边球壳的存在使得屋盖表面体型系数的分布形式有所改变,其风致干扰主要表现为遮挡效应,即减弱了屋盖表面相应区域的风压(吸)力,但在150°风向角时,周边球壳的干扰却使得屋盖迎风面局部区域的风压力变为风吸力.     

风雪共同作用下门式刚架厂房的动力稳定

结合数值计算和风洞试验,研究门式刚架轻型钢结构厂房在风雪耦合作用下的动力稳定性.通过CFD(计算流体动力学)方法,模拟厂房屋面上的风雪耦合作用,由风洞试验获得厂房表面的非定常气动力,然后将门式刚架厂房作为空间刚架体系,利用Budiansky-Roth准则研究其动力稳定.研究表明,数值模拟得到的积雪漂移现象与屋面上气流的运动规律基本一致,不均匀积雪使门式刚架厂房在风场中的动力稳定性显著降低.     

大跨度屋盖表面风压系数的试验研究

以两个大跨度屋盖结构为例，通过风洞模拟试验说明大跨度屋盖表面风压的复杂性，初步分析了风速变化对大跨度屋盖表面平均风压系数的影响。     

大跨屋盖结构刚性模型风洞试验研究

以株洲体育中心大跨屋盖为背景,通过刚性模型的风洞试验研究,获得了大跨屋盖结构在各种不同情况下的平均风压系数分布规律,为体育场屋盖在不同情况下的风振响应理论分析提供了依据.     

复杂环境下大跨度倾斜平屋面的风洞试验

为了研究处于复杂环境下大跨度倾斜平屋面的平均风压及脉动风压的分布特性,对一实际工程模型进行了刚性模型测压试验．试验在模拟的大气边界层风场中进行,得到了结构在各个风向角下的风压系数分布;通过对试验数据的分析,可知随着风向角和周围建筑相对方位的改变,屋面风压的分布主要有三种类型;此时屋面的风荷载与由《建筑结构荷载规范》得到的风荷载取值是不相同的。     

大跨度屋面风压分布拟合公式及风荷载取值

风流经大跨度屋面结构时会产生复杂的气流分离及再附着，因而大跨度屋盖表面的风压分布较为复杂，从迎风前缘区域到尾部的风压变化 梯度很大，这使得仅仅采用一个体型系数很难反映屋面的风荷载。为了既简洁而又准确地表达屋面风荷载，提出了风压分布的二维几何平面拟合方法及拟合公式，并进一步提出了二维几何平面及风向角的三维拟合方法及拟合公式。最后根据屋面风压分布规律，将屋面分成9个区域并给出各区域的风压系数。     

平衡大气边界层的数值模拟和风洞实验

通过了风洞实验和计算流体动力学(CFD)模拟的对比,结果显示CFD模拟风特性剖面与实验结果吻合情况符合工程应用的精度要求,说明CFD模拟的有效性和准确性.在进行与风洞试验对比的数值模拟时,研究了壁面Y+值对模拟结果的影响,说明了数值模拟的准确性需要精细的壁面网格的支持.另外,通过CFD数值模拟无限长风洞构造满足水平均匀性要求的大气边界层流场,模拟结果显示模拟满足水平均匀性要求的大气边界层风剖面与计算风工程中通常使用的风剖面有一定的差异,因此针对此问题需要进一步的研究.     

高层建筑屋顶风能利用的数值模拟

为了进一步有效提高屋顶风能利用的效率,在屋面之上加设一架空层,运用CFD数值模拟分析不同高度架空层对风能收集产生的影响,探讨其可行性并得出架空高度和风机安装高度最优值.研究表明:架空层的设置对增大屋顶风速有显著效果;在架空层顶板之上或之下的空间安装风力发电机,并控制架空层高度,比较分析得出合理的架空层高度和风力机的安装高度,以求达到最理想的风能利用效果.