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.     

大跨拱形结构等效静力风荷载

基于计算流体动力学(CFD)方法和有限元动力时程分析法,数值模拟脉动风特性,获取脉动风速时程,以此作为数值风洞模拟的入口边界条件.运用FLUENT软件对大跨拱形结构进行脉动风作用下结构的非稳态分析,得到作用于结构的时程风压荷载;运用ANSYS分析软件进行结构的风振响应计算,分析获得了基于结构风振响应时程的等效静力风荷载.提出多目标等效静力风荷载加权组合系数的定义,计算获得了大跨拱形结构的多目标等效静力风荷载,并验证了其计算精度.研究结果表明,在基于该方法所得等效静力风荷载作用下,结构静力响应计算结果与风振动力时程响应极值吻合.     

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.     

椭圆形高耸结构风荷载特性试验研究

结合武汉天河国际机场三期扩建空管工程塔台刚性模型同步测压风洞试验结果,对椭圆形高耸结构的风荷载特性进行了研究.讨论了典型风向角下不同测点层的平均风压系数和极值风压系数的分布规律;基于测点层的风荷载合力时程,采用快速傅里叶变换的方法,得到了椭圆形高耸结构在90°风向角(最大迎风面)下的三维层风荷载功率谱,并采用经验公式对其进行拟合,拟合效果较好.采用LRC法计算了平均风荷载、背景和共振等效静力风荷载,并将结果与荷载规范建议的惯性风荷载法对比,发现两种方法得到的等效静力风荷载吻合较好.     

上海铁路南站屋盖结构平均风荷载的数值模拟

基于CFX 5.5软件平台,利用雷诺应力湍流模型(RSM),对处于大气边界层中的上海铁路南站屋盖结构的平均风压进行了数值模拟.计算结果与测压模型风洞试验数据的对比结果表明,数值计算可以较准确地模拟实际结构的平均风荷载.对于此大跨屋盖结构在结构设计中所关心的上部结构风荷载,另建立了与之对应的3种不同密度网格划分的数值计算模型,并将计算得到的风荷载与根据欧洲规范的计算值进行了比较.此外,通过适当降低悬挑部分的高度以研究几何参数变化对平均风荷载的影响,数值模拟结果说明,适当降低悬挑高度可以显著减小悬挑部分的平均风荷载.     

大跨屋盖结构多目标等效静力风荷载精细化分析

基于已建立的大跨屋盖结构多目标等效静力风荷载理论框架,对其中存在的关键问题进行精细化分析。首先,根据结构风振响应特性,分别推导构造多目标等效静力风荷载的背景分量、共振分量及其二者耦合项分量,解决基本分量应与风振响应分析结果相对应且能再现风振响应特性的问题。其次,根据各基本分量作用下结构静力响应分布的相似程度对基本分量进行归并精简,从而保证所选基本分量的高效性,实现用较少的基本分量完成尽可能多的目标响应等效。最后,针对基于数值方法求解多目标等效方程造成的计算结果离散性大、不便于工程应用、精度不高等问题,补充求解的边界条件方程,并提出对计算结果的修正方法。利用提出的精细化分析方法,对国家网球中心"莲花"球场屋盖结构多目标等效静力风荷载进行分析。研究结果表明:所得多目标等效静力风荷载分布合理,静力响应与多目标响应较吻合,验证了所提出的方法的有效性和工程实用性。     

以动力稳定为目标的空间结构等效静力风荷载

采用基于位移或内力响应等效的等效静力风荷载进行大跨空间结构的稳定分析并不十分合理.以动力稳定为目标的等效静力风荷载将使大跨空间结构的设计能够满足稳定性设计的要求.提出大跨空间结构以动力稳定为目标的等效静力风荷载的概念和初步方法,并应用于单层柱面网壳的稳定性分析.通过风洞试验获得柱面网壳表面的非定常气动力,利用Budiansky-Roth准则分析该网壳的动力稳定性,得到以动力稳定为目标的等效静力风荷载.通过对比以动力稳定为目标和基于位移等效的等效静力风荷载下的稳定性分析结果,表明大跨空间结构进行稳定性分析时有必要采用以动力稳定为目标的等效静力风荷载来考虑风荷载作用.     

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.     

基于复形法的大跨屋盖结构抗风优化

文章以广州国际会展中心E区张弦梁屋盖为研究对象,根据测压风洞试验确定最不利风荷载时程作为主要环境荷载,建立动力优化数学模型,以钢管厚度为设计变量,以构件内力和变形作为约束条件,以结构总体积为目标函数,采用复形法进行抗风优化,得到E区屋盖的抗风设计最优方案.研究表明:抗风优化大大减小了结构总体积,节约了用钢量,并使杆件受力得到较好协调,有效利用了材料性能.结构最大竖向挠度明显降低,因此提高了结构安全性.     

某会展中心风洞试验研究

通过对某会展中心北侧两个大跨波浪形悬挑屋盖的风洞试验研究,讨论了典型风向下屋盖的平均风压分布,同时对全风向角下屋盖平均风压、脉动风压与极值风压的分布进行了研究,并进一步探讨底部开敞对悬挑屋盖风荷载的影响。试验研究表明:屋盖整体以负压为主,除在迎风向的屋盖悬挑区域外,其他区域风压较小;屋盖局部特殊的体型可能产生"兜风效应",从而显著增大风压;而底部开敞造成的"窄管效应"会显著增大开敞区域的风荷载,同时由于底部开敞减弱了气流的堵塞作用,使屋盖上表面风吸力有所减弱,对下表面风压力影响不大;总体而言,屋盖悬挑端在迎风向的体型系数基本在-1.5至-1.8范围。