风屏障对桥梁及车桥系统气动特性影响的数值研究

利用数值模拟方法探究风屏障参数对流线型桥梁气动特性的影响;分析风屏障对不同桥型气动特性的影响并进行横向对比;讨论风屏障的透风率对车桥系统的气动特性以及流场的影响,通过分析车桥的三分力系数、压力云图、速度流线图、车桥表面风压分布以及风剖面等特征,揭示风屏障对车桥系统气动特性的影响机理。研究结果表明:风屏障能降低主梁上方的流速,从而减小列车的阻力和力矩,但同时也增加了桥的阻力,因此,安装风屏障可提高列车的行驶安全性但不利于桥梁抗风;针对流线型主梁断面,当风屏障高度为3 m且透风率为30%时为最优组合,此时车桥系统的阻力系数可达到最小值1.33;风屏障对不同桥型的遮蔽效应不同,相同的风屏障遮蔽效应对流线型主梁断面的影响远大于对钝体主梁断面的影响。     

基于大涡模拟超大型冷却塔施工期 风荷载时域特性分析

现有冷却塔风荷载研究成果均忽略了施工期的影响,以国内在建世界最高220 m超大型冷却塔为对象,基于大涡模拟(LES)方法获得了施工期冷却塔周围流场信息和三维气动力时程,并将成塔平均风压分布结果与规范及实测曲线进行对比验证了数值模拟的有效性.在此基础上,对比分析了冷却塔施工期平均风压分布规律和流场特性,并基于不同工况下冷却塔周围速度和涡量变化提炼出施工期流场特性与作用机理,揭示了施工期冷却塔脉动风压、极值风压、升/阻力系数及测点间相关性的分布规律,最终基于非线性最小二乘法原理给出了随高度变化的极值风压拟合公式.研究结果表明,端部效应的影响使冷却塔负压极值随施工高度增加由-3.91升至-1.75后降至-2.28,升力系数随施工高度增加逐渐减小,而阻力系数呈先减小后增大的趋势,脉动风荷载的相关性随高度变化先增强后变弱.主要结论可供此类大型冷却塔施工期设计风荷载取值参考.     

稳态冲击风作用下高层建筑风荷载特性试验研究

雷暴冲击风风场与大气边界层风场差异较大.为研究雷暴冲击风作用下高层建筑风荷载特性,采用静止型冲击射流装置模拟稳态雷暴冲击风风场,进行高层建筑刚性模型测压试验,讨论了不同径向位置处高层建筑局部和整体风荷载时域和频域特性.结果表明:建筑表面平均风压最大值出现的位置与径向风速峰值一致.同时,迎风面风压最大值出现在底部,明显不同于大气边界层风场中最大值靠近顶部位置的风压分布特性;径向层风荷载均值最大值出现在建筑中部,横风向和扭转向层风荷载均值为0.径向和横风向层风荷载谱沿高度不变,而扭转向层风荷载谱沿高度变化明显.     

青岛体育中心膜顶结构方案风荷载风洞实验

通过风洞实验研究了青岛体育中心膜顶结构方案的风荷载特性．实验是在模拟了B类地区的速度剖面下进行的,探讨了该膜顶结构的风荷载（包括时间平均风压,瞬时最大风压,瞬时最小风压和风压脉动均方很值）随来流风向角的变化规律．为类似的膜顶结构风荷载计算提供了有用的数据．     

世博轴索膜结构屋面风效应的监测分析

为深入研究体型复杂的索膜结构屋面在真实环境中的风压分布和风振特性,对世博轴索膜结构屋面开展了为期两年的风效应监测.通过分析2011年7月一次大风过程的监测数据,得到索膜结构屋面所处的风环境和风压分布特性,并将实测结果和风洞试验数据进行比较.分析结果表明:世博轴屋面来流风一侧以负风压为主,另一侧以正风压为主;来流风一侧边缘的脉动风压最大,另一侧的脉动风压较小;平均风压系数和脉动风压系数随屋面高度由高到低逐渐变小;随着风速的增大,平均风压系数基本保持不变;风压系数实测值略小于风洞试验值,两者分布趋势基本一致.     

风屏障高度对城轨专用斜拉桥车桥系统气动特性的影响

在综合考虑风屏障高度对桥梁及桥上列车气动特性影响的前提下,采用风洞试验和数值模拟相结合的方法,研究在桥梁上设置不同高度风屏障的情况下列车与桥梁的气动力系数以及车桥系统周围的流场分布情况。研究结果表明:随风屏障高度增加,桥梁的阻力系数明显增大,而桥上列车的阻力系数相应减小,桥梁与列车的升力系数变化不明显;在侧风作用下,风屏障高度对处于桥面迎风位置列车的所受气动力影响较明显;风屏障高度对车桥系统周围流场的影响较明显,当风屏障高度增加时,梁体迎风面正压区显著增大;车体迎背风面的压力分布不仅受风屏障高度的影响,而且受列车在桥面的位置的影响。     

针-板电极正负电晕放电离子风的对比研究

为研究电晕放电离子风的特性,本文采用针-板放电装置,实验测量了不同放电条件下的电晕离子风速和风压,研究了电压极性、放电电压、电极间距、针尖曲率等因素对电晕离子风的影响.结果表明,离子风的速度随工作电压线性增大.在相同电极结构下,正电晕的起晕电压高于负电晕;正电晕离子风的风速大于负电晕离子风.此极性效应来源于正、负电晕风发展机制的差异.      

计及风压中心漂移的汽车侧风稳定性研究

运用汽车侧风稳定性理论,对侧向风敏感性试验的4个阶段进行了详细分析,在ADAMS／Car软件平台上建立了侧风环境下仿真所需的整车动力学模型．仿真过程首次计及风压中心的漂移,着重拟合了气动侧力、风压中心位置随时间的变化曲线．将得出的仿真结果与以往把侧风作用期间风压中心的位置视为固定不变的情况进行了比较,结果显示计及风压中心漂移的仿真数据与试验趋于吻合．根据分析结果,提出了几条改善侧风稳定性的措施。     

下击暴流作用下平屋面风荷载CFD数值模拟

下击暴流具有与常规大气边界层近地风完全不同的风场特征.基于CFD(Computational fluid dynamics)数值仿真技术,完成了几何缩尺比为1∶2 000的下击暴流过程的数值模拟,并将其风剖面的模拟结果与理论模型进行了对比.在此基础上,研究在下击暴流作用下,将大跨平屋面置于距下击暴流中心不同径向位置时,屋面平均风压系数和速度场的分布规律,并与大气边界层风场中平屋面的风荷载特性进行了对比.结果表明:数值模拟方法能够较好地再现下击暴流的风场特性;下击暴流风场中平屋面风压分布规律明显区别于大气边界层风场中的风压特性;平屋面风压分布特性与其距下击暴流中心的距离密切相关,随着平屋面逐渐远离下击暴流中心,屋面所承受的压力逐渐由正压转为负压.     

雷暴冲击风作用下高层建筑风荷载频域特性

为研究雷暴冲击风作用下高层建筑风荷载的频域特性,采用冲击射流装置模拟雷暴冲击风,对5个不同深宽比(D/B)的矩形高层建筑模型进行测压试验.根据试验数据,对模型层风荷载功率谱、相关系数以及相干性进行了详细分析.结果表明:阻力系数谱基本与顺风向风速谱保持一致,随着径向距离的增加,阻力系数谱的频带变宽,主频及能量逐渐减小;升力及扭矩系数谱随模型深宽比的增大而有所差异,但变化不明显,考虑主要是受雷暴风近地面特殊的湍流风场影响;径向距离和模型深宽比对层阻力系数的相关性影响较大,对升力和扭矩系数的相关性影响相对较小;层阻力系数相干性随频率的增大呈线性减小;层升力系数相干性在低频段保持平稳,而后呈指数衰减,层扭矩系数相对较小,且随频率的增大而按指数率迅速衰减.     

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.     

突变风与列车风耦合气动载荷下风屏障的强度分析

自然风与列车风的耦合气动作用是铁路风屏障产生弯曲、扭转等变形的主要原因。建立了列车-风屏障耦合的三维气动仿真模型，对风屏障在突变风与列车风耦合作用下压力分布规律进行了分析。建立了风屏障固体结构分析模型，对风屏障进行了模态分析，采用流固耦合的方法分析了风屏障在不同工况下的应力及变形量，据此对风屏障进行了强度校核。结果表明：风屏障自振频率最小为6.11Hz，风屏障自振频率与列车风的振动频率相差较多，不会产生共振现象。在突变风与列车风耦合下，突变风的作用效果对风屏障的位移以及应力变化起决定性作用。在1.59s时，风屏障在突变风与列车风耦合作用下产生最大位移，其中最大负位移达到1.42mm，最大正位移达到0.605mm。H型钢立柱产生最大的Mises应力，达到83.79Mpa，比列车风单独作用时增加了152.8%。可见突变风与列车风耦合会加剧风屏障的动力响应。     

基于ADAMS/Car的汽车侧风稳定性虚拟试验研究

为了避免实车道路试验的危险性并揭示其侧风作用下的响应特性,采用机械系统动力学仿真软件ADAMS/Car,建立了汽车侧风稳定性试验模型并进行虚拟试验.在分析风压中心及侧向风作用力模拟的基础上,通过采集大量实车数据,经三次样条插值建立了一定车速下风压中心位置、稳态和随机侧向风作用力大小随时间变化的连续曲线模型.对应施加于某轿车模型,在二维平整路面上进行了稳态和随机侧向风作用下的仿真试验,得到了侧向加速度、横摆角速度、侧倾加速度和侧向位移的响应输出,输出结果与实车试验和实际行车规律都相吻合.风压中心位置漂移连续性模拟方法从理论上保证了汽车侧风稳定性虚拟试验与实车试验的一致性.     

大型储气结构设计风荷载的确定

对某大型煤气柜进行了风洞试验,测量出其在模拟大气边界层紊流下的风压系数分布．考虑相邻柜 体不同高度对其风压系数分布的影响,获得影响放大系数．根据煤气柜体结构的动力特性特点分析讨论了 其动力风荷载的确定,从而确定了其结构设计时的风荷载．分析表明,该类大型储气结构的风压分布和体 型系数与我国现行规范有关圆型柱体结构的规定有明显的差异．通过比较分析不同国家规范对动力风荷载 的算法,获得了对于煤气柜考虑风振及动力风荷载的影响系数．     

高层建筑局部构件的风荷载效应

我国现行的建筑结构荷载规范给出的垂直于建筑物表面的风荷载标准值计算公式为:WK=βZ×μS×μZ×wo,对于高度大于30m且高宽比大于1.5的房屋结构,应采用风振系数来体现风压脉动的影响。高层建筑在高度为Z处的风振系数为:βZ=1+ζνφ/μZ,风振系数被定义为全部计算风压与静风压之比。它反映了风的脉动作用对结构的动力扰动效应,与主体结构的自身动力特性有关。由它算得的风压数值并不是建筑表面的真实风压,而是考虑主体结构作为弹性体,有本身的动力放大作用,针对结构动内力所采用的等效折算风压。然而,高层建筑中的局部构件,比如阳台栏…     

合肥电视塔人造脉动风荷载的仿真计算

根据随机振动理论,分别按照星谷胜和M.Shinozuka方法对合肥电视塔顺风向脉动风荷载进行了模拟,并对其进行了检验,得出了符合合肥电视塔动力特性的人造脉动风压时程样本。并利用所得到的脉动风压样本对电视塔进行了顺风向响应分析,分析表明,该塔在脉动风荷载作用下,上塔楼的最大风振加速度响应超过了人体舒适度的要求,有必要进行风振控制。     

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.     

串列双方柱的风压特性及其流场机理

为了研究干扰条件下方柱的风压特性及其流场机理,以串列双方柱为研究对象,采用大涡模拟方法,在雷诺数Re=8×104、间距比P/B=1.1～5的条件下,研究了两个方柱的风压系数、气动力系数、风压非高斯特性、风压相关性随间距比的变化规律,重点探讨了双方柱流场特性及其与风压非高斯特性的内在联系.研究结果表明:随着间距比的增大,串列双方柱依次表现为3种流态,即单一钝体、剪切层再附和双涡脱流态,风压特性与流态密切相关.风压的非高斯特性和风压相关性随流态变化呈现为3种类型:在单一钝体流态下,柱间回流区附近的表面风压呈现明显的非高斯特性且风压相关性较强;在剪切层再附流态下,方柱尾流的涡脱强度低,风压相关性弱,但风压非高斯区域大;在双涡脱流态下,受上游方柱尾流旋涡的作用,方柱侧风面的风压相关性较强,下游方柱的侧风面和背风面出现大范围的风压非高斯区域.     

大跨屋盖风载特性风洞试验研究

对基于缩尺比为1:250某大跨建筑在B类地貌下进行了25个不同风向角下的刚性模型测压试验,分析了屋盖结构表面风荷载特性.试验结果表明:全风向角下,屋盖表面均受风吸力作用且各升力系数随风向角变化趋势一致;来流下游区域屋檐受再附剪切层和尾流的影响,受脉动风压与负压较强;45°风向角下脉动与极值风压系数最大值大于其他风向角,为最不利风向角.     

不同风场下高层建筑风效应的风洞试验研究

在大气边界层风洞中模拟了C,D两类地貌的风场,对某市区办公楼进行了风洞试验,分析了不同风场下高层建筑风压分布特性、风荷载及风致响应特性.结果表明:C类风场下平均风压系数、总体弯矩系数、最大基底剪力和最大基底弯矩均大于D类风场的对应值;C类风场下办公楼风荷载大于D类风场下办公楼风荷载;C类风场下各测点风压谱峰值对应频率均小于D类风场下各测点风压谱峰值对应频率;C类风场下结构顶部峰值加速度大于D类风场下结构顶部峰值加速度.