两矩形高层建筑的风致干扰效应

基于高频测力天平风洞试验,分析了实际工程中矩形高层建筑风致干扰产生的原因.在此基础上,研究了两矩形高层建筑不同空间位置下的气动干扰效应.结果显示:矩形高层建筑风荷载的干扰放大效应主要是其侧后方正交布置的另一矩形高层建筑导致,且这一矩形建筑处于受扰建筑下游时产生的干扰效应明显高于处于上游的情形.沿受扰建筑的侧方和后方增大两矩形高层的间距比,风荷载干扰效应整体呈递减的趋势,加速度干扰效应呈先增大后减小的趋势.施扰建筑在受扰建筑侧方移动时的干扰范围和强度均要高于在受扰建筑后方移动时的情形.受扰建筑顺风向体型系数的最大干扰因子可达1.41.干扰效应也会显著增大受扰建筑横风向的体型系数,以单体状态顺风向体型系数归一化的干扰因子为1.08.进一步考虑动力放大作用后,受扰建筑顺风向和横风向基底弯矩的干扰因子可分别达到1.49和2.28,加速度的干扰因子最大可达1.23.     

方形高层建筑横风向层风力干扰特性

利用刚性模型测压试验研究受扰建筑层风力的干扰特性,研究了施扰建筑在不同位置时受扰建筑的横风向层风力沿高分布情况以及其干扰因子沿高分布情况,给出了并列和串列时的脉动层风力系数沿高分布拟合公式.结果显示,施扰建筑可能会使受扰建筑横风向平均层风力不再为零,横风向脉动层风力沿高分布情况及其干扰因子沿高分布情况与施扰建筑位置关系密切,脉动层风力干扰因子最大可达2.26.     

高层建筑顺风向动力干扰效应的试验研究

采用高频动态天平技术和气动弹性模型技术对两个形状相同的方形截面高层建筑的顺风向动力干扰效应进行了风洞实验研究，两种实验方法所得的结果具有良好的一致性，最后应用人工神经网络方法对试验结果进行了模拟和推广，给出了顺风动力干扰因子的等值线图，可供规范参考。     

3个不同高度高层建筑间的横风向动力干扰效应

试验分析了5种不同高度比情况下3个任意排列高层建筑间横风向基底弯矩响应的动力干扰效应,结果显示2个施扰建筑的协同作用会产生远高于单个施扰建筑的干扰效应.对3个建筑物间的包络干扰因子(FEI)分布提出了有效的简化表示方法,解决了三建筑物间干扰效应难以表示的难点.采用神经网络、统计方法对不同参数配置的FEI分布进行了分析,发现不同高度比配置以及不同地面粗糙度类别下的FEI分布存在较为明显的相关特征,并由此得到了可以反映不同参数对FEI分布影响的定量关系,大大简化了考虑多参数干扰效应所得结果的繁杂程度,使结构受扰后的荷载估计计算更趋于简洁合理.     

气动干扰对建筑立面风驱雨强影响的数值研究

文章基于欧拉多相流模型,对高低层建筑组合布局的风驱雨(wind-driven rain,WDR)场进行模拟,考虑风向、风速及降雨强度的变化,重点分析受扰高层建筑迎风面WDR抓取率分布及变化特点,获取低层建筑对受扰高层建筑迎风面WDR的气动干扰影响规律。结果表明,受扰后的高层建筑迎风面WDR抓取率分布与单体建筑存在显著差异,0°风向下气动干扰影响最大,受扰高层建筑迎风面下部区域及两侧WDR雨强增大较为明显;斜风向下迎风面下部区域远风侧WDR雨强大于近风侧,与单体布局分布趋势相反。所得结论对于WDR理论研究及工程设计具有一定指导意义。     

基于强迫振动的高层建筑扭转向气弹效应

基于可设定振动频率和振幅的扭转强迫振动装置,采用同步测试风洞试验方法,测试了不同试验风速和扭转振幅情况下高层建筑模型表面各测点的风压时程与结构扭转位移时程.推导了结构扭转气弹效应识别方法,并进行不同风速、不同振幅和不同刚度偏心情况下的矩形高层建筑扭转向气弹效应的评估.结果表明:高层建筑扭转向气动刚度可以忽略不计;扭转向气动阻尼对高层建筑响应的影响应予以考虑,尤其是当风速达到临界值时,气动阻尼迅速下降,产生负气动阻尼.     

方形高层建筑顺风向层风力干扰特性

利用刚性模型测压试验,研究了受扰建筑层风力的干扰特性(所给出的是顺风向层风力干扰特性).研究了施扰建筑在不同位置时,受扰建筑的顺风向层风力沿高度分布情况,以及层风力干扰因子沿高度分布情况,得到了并列和串列工况的平均层风力干扰因子沿高度分布拟合公式.结果表明,随着施扰建筑位置变化,层风力沿高度分布规律会发生变化,干扰因子沿高度分布规律也会发生变化.顺风向平均层风力干扰因子在某些位置达到1.08左右,顺风向脉动层风力干扰因子在某些位置高达1.5以上.     

两并列方形高层建筑局部风压干扰特性

对2个并列方形高层建筑模型进行了受扰建筑风压测量的风洞试验.根据试验结果,分析了施扰模型高度变化以及相对位置变化对受扰方形高层建筑表面局部风压的影响.结果显示,高度比固定、间距比变化时,平均和脉动风压系数干扰因子最大值在狭缝面和外侧面均随间距比的增大而减小,间距比等于2时,狭缝面的脉动风压放大较为显著,在前缘棱边的上端角部处为2.2,在迎风面和背风面则随间距比的增大而略有增大.间距比固定、高度比变化时,平均和脉动风压系数干扰因子最大值在狭缝面、外侧面和背风面均随高度比的增大而增大,狭缝面脉动风压增大最为显著,局部达2.7,在迎风面则受高度比变化的影响较小.     

建筑结构风荷载干扰效应的试验研究

在相邻建筑物的干扰下,受扰高层建筑的风荷载与其在孤立状态下相比会有较大的变化。采用测压刚性模型风洞试验研究了两个高层建筑间的风荷载干扰效应,得到了两个相同的矩形截面建筑在不同相对位置时受扰建筑各表面的风压系数变化规律。所得结果对结构的抗风设计有指导意义。     

输电塔气弹模型气动阻尼试验

为研究气动阻尼对输电塔的风致效应影响,设计了1:40的输电塔气弹模型,分别在B类地貌风场和台风风场中开展了气弹模型的风洞试验,获得了单塔与塔线体系下的风致加速度响应时程数据。综合采用EMD分解、HHT变换与RDT法,识别了输电塔线结构的动力特性与气动阻尼。研究结果表明,该方法能较好地识别结构的动力特性;两类风场下气动阻尼随风速的提高而增大,气动阻尼亦随来流湍流的增大而增大;挂线后结构模态频率降低,气动阻尼与总阻尼增大。     

高层建筑气动弹性模型风洞试验研究

以高层建筑为研究背景,制作了气动弹性模型,通过风洞试验测得结构的时程响应结果,采用频谱分析求得结构的动力特性,采用自然激励技术法(NExT)和ARMA模型时序法以及改变模态阶数的方法获得结构的气动阻尼比,研究了结构气动阻尼比随风速的变化规律.在强风下,对顺风向的加速度响应时程结合滤波方法,消除横风向能量转移的影响,同时发现了涡激共振现象.考虑气动阻尼影响的情况下,刚体模型测压和测力得到的峰值加速度响应结果,与气动弹性模型风洞试验结果十分接近,验证气动弹性模型风洞试验结果的正确性.对于刚体模型,不考虑气动阻尼时,峰值加速度比气动弹性模型试验结果大很多,差值最大达到41%,但在某种工况下,气动阻尼的影响使结构的响应值增大,验证了考虑气动耦合作用在高层抗风研究中的必要性.     

超高层连体建筑风荷载干扰效应大涡模拟研究

超高层三塔连体建筑的主楼受到裙房及子楼的干扰作用显著,以某超高层三塔连体建筑为对象,基于LES(大涡模拟)方法对其进行了24个方向角下的数值风洞试验,并将主楼的体型系数与物理风洞试验结果进行了对比验证,再基于大涡模拟结果分别从平均和脉动风压特性、涡量分布以及干扰机理等方面探讨了超高层多塔连体建筑风荷载和干扰效应.结果表明:大涡模拟和风洞试验结果吻合较好;单体工况下主塔表面随机涡旋较密集、风压脉动较大、且尾流分离区域较小,当子塔处于主塔上游位置时对主塔结构抗风设计存在有利的"遮挡效应",此时来流湍流对主塔风场分布起主导作用;当子塔处于主塔下游位置时会对主塔存在不利的风压放大作用,特征湍流作用更明显.     

基于分离涡方法的标准CAARC模型流固耦合风致响应分析

为了研究流固耦合效应对高层建筑结构的风致响应影响,以标准CAARC高层建筑模型为研究对象,基于CAARC模型的物理特性建立了气弹性模型,用一种新的湍流脉动流场产生方法(DSRFG)生成入口湍流,采用分离涡方法对该建筑进行了单、双向流固耦合数值风洞模拟。将模拟结果与风洞试验结果进行对比,结果表明：结构的气弹特性与风洞吻合,分离涡方法在模拟非定常风场有较强的适用性和准确性。考虑了流固耦合的双向有限元模型与未考虑流同耦合的单向有限元模型,在流场和风致响应方面均有较大差异,流场方面,双向模型比单向模型有着更广泛的近尾流区域;响应方面,除阻力系数外,双向模型较单向模型响应有减小趋势,其中结构顺风向也更易受流固耦合效应影响。在较低的结构阻尼下,耦合效应产生的气动阻尼对结构响应影响较大,高层建筑流固耦合效应不可忽略。     

二维弹性翼型动态失速响应紧耦合模型建立

根据经典气动弹性响应模型和刚性动态失速模型,推导公式,建立了二维弹性翼型动态失速下气弹响应的紧耦合模型。计算模型为典型动态失速风洞模型,应用最小二乘法拟合实验气动力得到了气动力模型。应用此气动力模型进行气动弹性响应紧耦合计算,结果表明,同样的条件下,弹性模型比刚性模型的动态失速现象会更明显,实际飞行攻角及升力的变化范围可能增大,弹性影响不可忽视。     

高层建筑的扭转风荷载功率谱密度

利用高频天平技术，在四种不同风场中对13种不同尺寸的矩形超高层建筑的刚性模型进行了风洞试验，测量了这些模型的基底扭矩，即一阶广义扭转风荷载，考察了风场类型、模型长细比、厚宽比对高层建筑扭转广义风荷载谱的影响，并拟合出一个以风场类型、模型长细比、厚宽比为参数的高层建筑扭转广义风荷载谱的闭合表达式．通过与国外有关文献给出的结果的对比，验证了拟合公式的精度．     

基于高频天平测力试验的输电塔风荷载空间分布估计

风荷载是输电塔的主要控制荷载,准确地了解风荷载在输电塔上的空间分布,对输电塔的抗风研究具有重要的工程意义。高频动态天平测力试验具有模型制作简单、试验方便等优点,被广泛用于高耸结构抗风研究中。本文利用高频动态测力天平基本原理,在脉动风荷载准定常假设的基础上,估计出输电塔脉动风荷载的空间分布。通过对建设中的ZVK塔的试验研究,验证本方法的有效性。计算结果表明,该方法能较好反应风荷载空间分布特性,是对高频天平测力实验局限性的一种可靠方便的扩展。     

高墩大跨刚构桥施工阶段的抗风分析

采用离散涡(DVM)及风洞测力方法,确定主梁静气动力系数.采用抖振时域方法,计算最大双悬臂状态时的抖振响应,与风洞试验结果进行对比分析,计算中阻尼系数由气弹模型实测阻尼比确定;由于气弹模型设计中阻尼比相似不能够实现,故修正计算结果,探讨阻尼比对抖振响应的影响;最后采用两种抗风分析方法——阵风系数法和抖振时域分析法,分别对结构进行分析计算.实例分析的计算结果表明,按阵风系数法得到的横桥向响应偏于保守.     

用测力天平技术研究超高层建筑的动态风载

通过风洞实验研究了不同外形的超高层建筑的动态风载。实验采用多种不同外形的刚性模型,通过高频测力天平技术研究了建筑物长细比、截面形状、截面长宽比及湍流强度和风向的影响,获得了一些新的结果。这些结果可用于修订有关规范时参考。