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.     

大跨屋盖结构风荷载的数值模拟研究

以株洲体育中心大跨屋盖结构为背景,采用CFD数值模拟方法,模拟了大跨屋盖表面风荷载,并与大跨屋盖结构风振时程响应进行了分析比较.结果表明:采用CFD方法模拟的大跨屋盖结构表面平均风荷载与风洞试验结果比较接近,说明该法是比较精确的,所提供的体育馆及游泳馆屋面的体形系数可以提供为结构设计参考.     

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.     

复杂体型大跨屋盖表面风压分布的试验研究

通过对吉林火车站的刚性模型风洞试验研究,得到了屋盖表面的平均风压系数、脉动风压系数等值线分布图,对其风压分布特性做了详细的分析.研究结果表明:大跨屋盖结构表面主要呈现负风压(风吸力),主站楼在迎风区屋檐、悬挑区域及屋面凸起的天窗位置气流分离较大,出现较大的负风压系数;由于站台雨篷四周开敞,气流流经站台雨篷时较为顺畅,气...     

突然开孔对平屋盖结构静动力风荷载的影响

采用刚性模型和气动弹性模型风洞试验,研究迎风面突然开孔对平屋盖结构静动力风荷载的影响.根据试验结果,分析了开孔前后平屋盖结构的平均风压系数、均方根风压系数和风振响应的变化规律,提出了开孔结构平屋盖净风压的计算方法,以及平屋盖风振系数的简化处理方法.研究表明:迎风面突然开孔会大幅增大平屋盖结构的静动力风荷载,在结构设计中必须考虑内外压的联合作用及相应的风致动力效应,但静动力风荷载的比值变化不大,因此仍可沿用封闭结构的风振系数.     

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。     

大跨度膜结构风压分布的风洞试验和数值模拟

为确定浙江工商大学体育场屋盖结构的风压分布,进行风洞试验研究,并采用数值模拟方法进行了对比分析.采用缩尺比为1:200的有机玻璃模型,在建筑串联回流式风洞中的大试验段进行了风洞试验,测得对应24个方向角的结构表面各点风压系数,采用标准k-ε,重正化群k-ε,可实现的k-ε和RSM四种湍流模型对屋面风压系数进行了数值模拟,将模拟结果与风洞试验数据进行了比较.结果表明,这种月牙形屋面的风压分布主要以吸力为主,迎风边缘及突出部位的风压系数较大,而在低凹处及尾流区域较小.数值模拟结果与风洞试验结果基本吻合,采用的四种湍流模型结果差异不明显.     

下击暴流作用下大跨度平屋盖结构的风荷载分布特性

应用一种下击暴流发生装置,在大气边界层风洞内模拟了适用于大跨度屋盖风洞试验的1∶300比例下击暴流风场。在此基础上,对下击暴流作用下大跨度平屋盖结构的风压分布特征进行了风洞试验,并与常规B类地貌的相应试验结果进行对比。结果表明：在模型区内,下击暴流发生的相对位置对风压系数的影响整体较小;下击暴流作用下平均风压分布与B类风场下的结果基本一致,但极小风压系数绝对值最大值9.85比B类风场的5.54超出77.8%,并且相应脉动风压的功率谱显著高于B类风场的试验结果;B类风场下平屋面的极大风压系数最大值均接近或小于0,但不同风向角的下击暴流风作用下高于0.15的极大风压系数所占的屋盖面积比例处于51%到75%的范围之间,极大风压系数局部最高可达0.35,大范围的较高正压会进一步影响结构的承载力。     

钢结构屋盖风振计算的软件实现

钢结构屋盖的荷载风振系数和风压计算具有庞大的工作量.综合考虑水平风和竖向风的作用,应用频域法对屋盖结构风振特性进行了分析,编制了可以与结构有限元计算软件衔接的考虑多阶模态组合的风振风压计算软件.经实例分析验证,大大提高了设计的效率和精度,效果良好.     

大型体育场膜结构静力风荷载特性与响应分析

结合某大型体育场膜结构挑篷的风洞试验研究,对挑篷膜面的风荷载特性和典型膜面的静力风荷载响应进行了详尽的分析.试验结果分析表明,挑篷前缘膜面的负压风荷载数值最大,是膜面抗风设计的控制荷载.静力风荷载响应分析中考虑了膜面的初始预张力、抗风索、拱距以及拱的矢跨比对膜面抗风性能的影响,从中获得了对这类结构设计有益的结论.     

网壳风压分布特性试验研究

通过对广东省大学生运动会游泳馆网壳的风洞试验 ,分析研究了网壳结构的风压分布特性 ,并对看台曲面屋盖和游泳池波浪形盖板两种不同结构形式的网壳的风荷载特性进行了比较 ,当气流在弯度较大的屋盖上流动 ,加速较充分 ,屋面呈现较大负压 ,具有较大的升力系数 .不同形式网壳的风压分布的特点为结构工程师进行网壳结构的抗风设计提供了参考和启发 .     

大跨平屋盖结构风压分布特性的神经网络模型

影响大跨平屋盖结构风荷载分布特性的因素很复杂，且具有不确定性，仅靠风洞试验难以完整的描述其风荷载分布的整体特性，针对这种情况，本文中提出用改进的BP神经网络和模糊神经网络两种方法来建立反映大跨平屋盖结构风压分布特性的模型，并用试验数据进行了验证．结果表明，这两种模型都能很好的逼近和预测大跨平屋盖结构风压分布的特性，相比之下，改进的BP神经网络稳定性较好，但逼近速度慢，精度也不高；而模糊神经网络由于结合了模糊系统和神经网络的优点，其稳定性好，逼近速度快，且精度高，这表明模糊神经网络方法是预测大跨平屋盖结构风压分布特性的有效途径，在结构风工程中具有广阔的应用前景。     

风电机组风洞测试的阻塞效应分析

风洞测试具有方便、快捷和高效的优势,在风电机组输出功率特性测试中应用较多。测试风轮直径较大时,由于存在风洞堵塞效应,会对测试结果造成影响。以300 W风电机组作为研究对象,分别采用风洞测试和车载测试进行输出功率特性测试。测试过程采用负载法,分别以电阻和蓄电池作为负载进行测试。在风洞截面为3m×3m的试验段中测试,机组空载启动风速为4.3m/s~4.8m/s,以电阻为负载时的额定风速为6.2 m/s;在车载测试中,机组空载启动风速为5.7m/s~6.2m/s,以电阻为负载时的额定风速为8.1 m/s。风洞测试比车载测试的启动风速低1.4 m/s,占车载测试启动风速的24.6 %,比车载测试额定风速低1.9 m/s,占车载测试额定风速的23.5 %。风轮直径2.3 m,其扫掠面积占风洞试验段截面面积的46.2 %,风洞的堵塞效应较大,致风洞测试数据与车载测试数据相差较大,因此风洞测试后需要修正。     

机场航站楼金属屋面敞开式檩条风荷载分布

基于缩尺比模型的风洞试验不易直接测试细小构件上的风荷载,借助数值风洞技术,通过建立建筑及其屋面檩条的空间模型,精细划分局部网格,获得不同风向角下屋顶敞开式檩条构件的风荷载分布.结果表明,敞开式屋面檩条构件受斜风作用更为不利,同时水平向的切向力比垂直向吸力更为显著,是构件抗风计算中不可忽略的重要部分.屋顶檩条风荷载分布具有明显的规律性,在屋面的尖角区域最大,因为该区域屋面曲线弧度最大,气流在该位置产生了较强分离对流,从而形成了较强的垂直向风吸力和水平切向力;在屋面的外侧区域风荷载也较大,与建筑边缘区的气流分离直接相关;在屋面的内侧区域明显较小且分布较为均匀.通过增加将檩条底部封闭的气动措施可以有效地减小屋面外侧区域檩条极值风荷载20%以上,但对屋面内侧区域的檩条效果不明显,建议将初始檩条底部敞开设计方案优化为在建筑边缘区域檩条底部封闭.     

用CFX5.5软件模拟体育场弧形挑篷的平均风荷载

根据大型体育场常见的挑篷形式，设计具有一般性的悬臂弧形挑篷模型．在CFX5．5软件平台模拟的数值风洞中，研究弧形挑篷在不同风向角及不同挑篷倾角下的风压分布．结合大气边界层风洞中该模型的刚性测压试验结果，验证数值模拟计算的可信性．在系统分析了弧形挑篷表面风荷载分布的特点后，获得弧形挑篷表面风压分布的一般性规律．     

大跨屋盖结构风效应的风洞试验与原型实测研究

以广州国际会展中心为工程案例,进行了刚性模型风洞试验和有限元模态分析,在此基础上计算了屋盖的风致位移响应,结果表明,对于屋盖风振响应影响最大的因素是结构的基阶振型,其次才是风荷载;随着阻尼比的增加,位移响应谱的共振峰得到了有效平抑,峰值位移响应也随之减小.基于现场实测,提出功率谱点积识别大跨屋盖结构竖向整体振动固有频率的方法,并与有限元计算结果进行了对比分析,实测得到的前4阶固有频率与振型均能与有限元模型较好吻合,其中基阶固有频率的相对误差仅为0.3%,证明了该方法的有效性.