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.     

体育场伞形薄膜屋盖风荷载特性风洞试验研究

以广东省大学生运动会体育场为工程背景,通过风洞试验测量了主看台上伞形薄膜屋盖的表面风压,根据试验数据计算了屋盖所受风力及力矩,分析了屋益表面风压分布特点和所受风力及力矩随风向角的变化规律．试验结果表明,伞形薄膜屋盖的升力及其力矩起控制作用,大小取决于表面负压,而屋盖迎风仰角和跨度大小对表面负压有很大影响．试验结果可以为该类屋盖风荷载设计提供依据或参考．     

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.     

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.     

建筑造型对悬挑屋盖风荷载的影响

通过同步测压刚性模型风洞试验,对设置不同建筑造型悬挑屋盖的风荷载特性进行了研究,讨论了肋条高度、波纹间距对该类屋盖风荷载的影响.结果表明:在所选参数范围内,肋条高度对悬挑屋盖风荷载的作用机制影响不大,但当来流与屋盖波纹呈一定夹角时,波纹间距将在一定程度上改变屋盖波纹部分风压的作用机制,该部分风压功率谱及屋盖正压达最大时的风向角均发生变化.肋条高度对悬挑屋盖最不利负压(0°风向角)影响很小,但随着屋盖肋条高度的增加,屋盖最大正压(110°风向角)逐渐减小.最不利负压工况(0°风向角)时,屋盖平底、波纹部分风压均对波纹间距不敏感,最不利正压工况(130°风向角)时,随着波纹间距的增加,屋盖平底、波纹部分风压均减小,尤其是波纹部分.     

大跨度钢结构屋盖风-温耦合效应研究现状

近年来,结构风工程和温度效应一直是大跨度空间钢结构的重点研究问题,本文先后总结了国内外建筑结构风工程的发展现状,以及其在日照温差、年温差与骤然降温三种最不利温差作用下的结构温度场研究现状。随着实际工程应用的发展,针对大跨度钢结构风工程、温度效应等的交叉领域成为最新的研究问题之一,而根据对国内外文献的调研总结,发现对于大跨度钢结构屋盖风-温耦合效应研究甚少,其中存在的难点问题是如何建立针对大跨度钢结构屋盖的风-温荷载耦合效应模型,并在此基础上实现对结构风-温耦合效应评估。建立大跨度钢结构屋盖风-温荷载耦合效应的分析和评定方法可为结构防灾减灾提供理论参考,由于国内外相关研究还不完善,积极开展这方面研究的理论和工程应用价值非常明显。     

圆形土楼屋盖风荷载的数值模拟分析

采用数值模拟方法,在具有小同坡角和高径比情况下,对圆形土楼的屋盖极值风压系数和净风压系数进行参数分析,探讨屋面坡角和高径比对客家圆形土楼屋盖风荷载的影响采用剪切应力输运(SST)k-ω湍流模型,建立具有代表性的单体圆楼振福楼的数值风洞模型,得到屋盖极值风压系数和净风压系数随坡角、高径比变化的分布曲线.结果表明,综合考虑...     

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.     

义乌游泳馆屋盖风荷载的试验研究

义乌游泳馆采用凹形屋盖,对这种屋盖结构的风荷载研究还比较少.为此,制作了比例为1:100的刚性模型,采用同步测压技术,进行了义乌游泳馆凹形屋盖的风压测量,得到了其屋盖上的平均风压系数分布并与凸形屋盖的试验结果进行比较.结果表明:凹形屋盖上的“吸力”要远大于凸形屋盖上的“吸力”;迎风向挑棚上、下表面压力出现不利的负相关,应引起设计人员的注意;周边建筑对义乌游泳馆屋盖风荷载的影响不大.最后还给出了义乌游泳馆屋盖上的前10个最小极值风压.     

大跨度斜拉桥主梁气动力特性的大涡模拟

为验证大涡模拟方法在获得桥梁主梁气动力特性上的可行性,开展了均匀流中大跨度斜拉桥扁平钢箱梁在Re=1.27×105下的绕流场三维计算流体动力学分析.大涡模拟方法采用Smagorinsky压格子湍流封闭模型,基于网格和时间步长无关检查确定的计算参数,获得了主梁气动系数统计平均值、脉动值和漩涡脱落St数随来流攻角的变化,表明三维主梁绕流漩涡脱落的频率带宽分布和展向不同步特征.基于主梁表面非定常压力时程的统计平均值和RMS值分布,分析了主梁表面的流动分离和再附特征,并建议了风洞试验测压孔的合理布置形式.与风洞实验相关结果的对比表明,大涡模拟方法是获得桥梁主梁气动力特性和绕流机理的有效方法.     

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．     

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.     

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。     

类车体气动性能的大涡模拟

以MIRA车体气动性能的风洞试验数据为基础,对采用大涡模拟方法解算非定常特征显著且具有大分离流动结构的近地钝体外部绕流场所涉及的迭代步数、时间步长、网格方案等影响因素开展研究.采用对比分析方法对3种亚格子湍流模型的计算准确性进行研究.提出适用于三厢车型的大涡模拟数值仿真策略.     

低矮建筑非定常绕流大涡模拟影响因素研究

掌握结构周围风场及其特性,是开展建筑结构抗风设计的基础。借助采用大涡模拟（LES）的方法,对低矮建筑非定常绕流进行了大涡数值模拟研究,分别分析了不同运算时间、建筑物不同高度处及不同风速因素,对低矮建筑非定常绕流特性的影响。结果表明：（1）随着时间的增加,建筑物迎风侧的速度和压力均增大,背风侧的压力出现了负值,速度最小值出现在背风侧的涡中心位置;（2）随着建筑物高度逐渐增加,涡的位置逐渐向上偏移,由于风速比较均匀,当遇到建筑物时,在建筑物迎风侧,速度流线会形成一种上升的趋势,背风侧的压力逐渐增加;（3）随着风速的增加,建筑物的背风侧出现了大涡且速度逐渐增大,背风侧的压力最小值逐渐减小。     

周边建筑对低矮建筑平屋盖上风压的干扰效应

通过刚性模型测压风洞试验对被同类周边建筑所包围的低矮建筑表面风压系数进行了测量,分析了周边建筑的建筑面积密度对目标建筑平屋盖风压系数分布状态的影响规律.试验结果表明:当低矮建筑被同外形、同高度的周边建筑包围时,随着周边建筑面积密度的增大,被包围建筑屋盖上斜风导致的锥形涡将逐渐消失,屋盖上不同部位的负风压极值将逐渐减小并趋于均一;当周边建筑面积密度分别为0.1,0.3和0.6时,被包围建筑屋盖上的最大负风压可分别减小为孤立建筑的80%,30%和20%.     

深圳大运体育中心行人风环境的大涡模拟

建筑群附近风环境的品质,直接影响地面行人的舒适与安全。以深圳大运体育中心主要建筑为工程对象,采用一种新的湍流脉动流场生成方法(discretizing and synthesizing random flow generation,DSRFG)模拟风场的实际湍流边界条件,基于数值模拟计算软件Fluent,对深圳大运会体育场馆为中心10 km范围内的山体和主要建筑物进行全尺寸大涡模拟计算,得到各风向角下体育中心速度场分布。结合当地气象资料,采用超越阈值概率法对体育场馆周围场地行人风环境进行预测与评估,并对风环境较差地区的成因进行分析并提供改良建议。结果表明:该研究方法可以较准确地预测出建筑群周围风环境分布,并为类似体育场馆设计的合理性以及行人风环境的研究与优化提供有价值的参考。     

大涡模拟在水利中的研究进展

大涡模拟作为一种研究湍流流动的有效手段，在国际上已经得到了广泛的应用．本文在介绍了大涡模拟的发展历程及其理论方法的基础上，就国内外大涡模拟在水利中的最新研究成果作了较为详细的阐述和系统的分析，指出了其中应该注意的问题和今后的发展方向。