干扰效应下煤棚结构风致响应研究

基于刚性模型风洞试验的结果,研究了有(无)干扰条件下干煤棚的风致响应,采用平稳激励下随机振动的模态叠加法(CQC法)进行计算.对各个风向下干煤棚关键区域的平均响应、脉动响应及峰值响应进行了详细分析,发现各种干扰条件下相同区域的最大响应尽管数值上的大小有所不同,但随风向的变化规律却类似.从阵风响应因子、背景共振响应及响应谱特性等角度,分析了不同风场及外界干扰下煤棚结构的风致响应特点.研究发现,当施扰煤棚分别出现在受扰煤棚的上游和下游时,平均响应对总响应的贡献、背景响应对动力响应的贡献均有不同特点;尽管干扰条件差别较大,但仍是特定的模态对动力响应贡献较大.     

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.     

高层建筑风致静力干扰效应的试验和数值研究

首先采用测力天平模型风洞试验研究了2栋高层建筑间的静力干扰效应,得到2个相同的方形截面建筑在不同相对位置时的静力干扰因子Fm.然后基于Fluent 6平台采用RNG(renormalization group,重整化群理论)κ-ε湍流模型,计算了D类地貌风场中2栋高宽比均为6的方形高层建筑模型(10 cm×10 cm×60 cm)在串列、并列和偏置状态下的静态三维流场和风荷载;并与风洞试验得到的静力干扰因子进行了比较.结果表明,数值模拟方法是研究建筑物静力干扰效应的一种有效途径,相对于试验方法,数值模拟更具有优势.     

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.     

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。     

基于完全气动弹性模型的冷却塔干扰效应风洞试验研究

针对某核电站两相邻200 m高超大型冷却塔,基于完全气动弹性模型通过风洞试验对其风致干扰效应进行研究.研究表明:干扰效应使共振响应显著增大,但仍以背景响应为主;双塔串列时,尽管由于上游塔的“遮挡”效应使得下游塔最大平均响应减小,但最大均方差由于干扰效应略有增大,响应极大值基本与单塔一致;斜列时,当上游塔尾流作用在下游冷却塔时,响应放大系数最大;基于整塔响应极大值定义的干扰因子可保证将单塔风荷载放大干扰因子倍后得到的最大响应与群塔的最大响应相等,由此考虑风向频率后得到的推荐干扰因子与规范值基本一致.     

大跨度张拉结构风致动力响应研究进展

大跨度张拉结构的风致动力响应具有几何非线性明显和风与结构的耦合作用不可忽略等特点，对这一问题的研究具有较大的理论难度，一直是风工程领域关注的焦点。据此结合作者及其梯队近年来所做的工作，介绍了国内外在悬索和薄膜结构风振分析领域所进行的理论研究、实验分析和数值模拟方面的研究进展，并着重介绍了薄膜结构在考虑流固耦合作用下的气动弹性性能研究。     

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.     

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%.     

交错布局轻型四坡房屋群风致干扰效应研究

为研究交错布局轻型四坡房屋群风致干扰效应,利用计算流体动力学软件Fluent,结合TTU低矮建筑实测结果,分析与探讨网格数量、湍流模型、离散格式等技术参数。根据轻型四坡房屋使用情况,设计8个四坡房屋交错布局的布置方式,以反映群体布置疏密程度的房屋间距与房屋平面对应尺寸之比的5种纵、横向疏密系数,3种风向角为参数,进行共75种工况的目标房屋表面风压分布规律数值模拟计算。在此基础上,引入干扰因子量化交错布局目标房屋相对于单体房屋的受扰程度,得到适用于交错布局轻型四坡房屋群抗风设计的风荷载体型系数,为轻型四坡房屋群规划布局和结构设计提供理论依据。分析表明交错布局轻型四坡房屋群间距小于临界间距时,群体风致干扰效应不可忽略,实际设计布局时应引起重视。     

大型双曲冷却塔相邻双塔风致干扰效应研究

冷却塔是火力发电厂汽轮机组重要的冷端设备之一,作为一种双曲线型钢筋混凝土薄壳结构,常为发电厂作为水冷却设备使用,其运行性能对电站的安全经济运行有重要的影响。其中,自然通风逆流式双曲冷却塔是目前国内火力发电厂中应用最为广泛的一种冷却塔结构形式,其热力性能受周边环境因素影响较大,在多数情况下,冷却塔是以双塔、三塔以及更多的塔集群的形式存在。该文以双塔风致干扰的有限元分析数据为基础,研究两相邻冷却塔干扰效应对冷却塔表面风压的影响,得出了一些重要的结论,以供工程设计参考。     

建筑结构风致内压的研究进展

从理论分析方面概括了内压控制方程的发展过程,评述了结构柔度、Helmholtz共振、干扰效应及结构内部分区等几个影响风致内压的主要因素,并从风洞试验、现场实测与CFD(计算流体动力学)模拟3个方面回顾与总结了国内外风致内压的研究进展,列举了各国风荷载规范对内压的描述.通过分析内压控制方程、影响因素以及研究方法中所存在的...     

广州西塔台风特性及风致结构振动现场实测研究

广州西塔楼高432 m共103层,属目前华南地区第一高楼,在台风“鲇鱼”的影响下,对其台风特性及风致结构振动进行了现场同步实测,获得了其风场特性、结构动力特性以及风致结构振动响应等相关结果.结果验证了湍流强度随平均风速增大而减小、阵风因子随湍流强度增大而增大等规律,且实测的顺风向与侧风向脉动风速谱均符合Von Karm...     

大跨度斜拉桥下击暴流风致振动响应实测

以苏通长江公路大桥为工程背景,针对该桥风致振动响应监测系统实测的一次下击暴流风与桥梁结构振动加速度响应实测数据,对该桥在一次雷暴天气下风速、风向及主梁振动响应进行研究.首先,对桥位处下击暴流实测风速、风向数据进行分析,获得了该桥主梁跨中、桥塔塔顶处下击暴流风的时变平均风与脉动风特性;然后,对下击暴流作用下主梁风致振动加速度响应数据进行分析.结果表明:在下击暴流作用下,该桥主梁与塔顶高度处风速发生了明显突变,持续时间约为10～24 min;主跨跨中主梁外侧边缘处下游、上游侧最大瞬时风速分别为32.4 m/s和27.3 m/s,南、北桥塔塔顶高度处最大瞬时风速分别达60.5 m/s和62.9 m/s.主梁高度处30 s时距湍流度约0.048～0.32,10 min时距湍流度约0.43～0.51;主梁下游与北塔处折减脉动风速符合高斯特性,其功率谱与Burlando等学者的实测结果吻合较好.主梁跨中附近(即NJ26D、NJ32D拉索锚固处)发生了较为明显的短时竖向与横桥向振动,相应加速度响应幅值分别为0.25 m/s2和0.10 m/s2,对应位移幅值分别为0.12 m与0.03 m;主梁竖向振动响应明显大于横桥向振动响应,主梁竖向振动主频为0.183 Hz,与主梁全桥一阶正对称竖弯振型频率0.174 Hz接近;横桥向振动主频为0.117 Hz,与主梁全桥一阶正对称侧弯振型频率0.0975 Hz接近.     

任意六面体网格系统的建筑风致干扰数值模拟

采用任意六面体同位网格系统对控制方程进行离散,显式修正了网格非正交性和两相邻网格的错位,构建了与网格系统相适应的SIMPLE算法,并编制通用的建筑间风致干扰的数值模拟程序WSB.应用WSB和任意六面体同位网格系统,对中国沿海地区典型的低层双坡建筑物与上风不同体型建筑物之间的风致干扰进行数值模拟和分析.结果表明:任意六面体同位网格系统的生成、控制方程的离散、SIMPLE算法的实现以及程序WSB正确且有效;上风建筑对抗风起着积极的作用;上风建筑及其体型的不同对低层双坡屋面建筑坡面风压大小和分布形态影响显著.     

大跨度石穹顶空间结构受力行为数值模拟

大跨度石穹顶空间结构受力行为分析比较复杂,结构整体受力行为分析具有较大难度．结合工程实例,基于ANSYS程序对大跨度石穹顶空间结构进行数值模拟分析．结合结构实际受力情况及闽南地区石砌体施工工艺特点,确定结构荷载取值和材料强度取值．采用ANSYS程序中的Solid 65单元和DP材料模型,并以“自上而下”和布尔操作的建模方法。建立石穹顶空间结构在施工阶段、整体成型阶段和最不利状态三维有限元分析模型．根据石穹顶空间结构在3个主要受力阶段的数值分析结果,全面研究石穹顶空间结构在各阶段的变形和应力分布等受力行为;据此分析结果,进一步对原设计方案提出相关设计和施工建议．该工程实例中石穹顶空间结构满足强度和变形要求．基于ANSYS程序的石穹顶空间结构数值模拟技术可行．     

典型矩形八塔超大型冷却塔塔群风致干扰效应试验

以某拟建183.89 m超大型冷却塔的矩形八塔组合塔群的1:200比例尺模型为研究对象,进行刚体模型测压风洞试验,研究高密度冷却塔群的风致干扰效应,给出受扰塔在16个来流方向下的喉部断面压力系数分布以及结构整体阻力、升力系数,分析形成显著不利干扰的原因.研究结果表明:环向压力系数分布对于受扰冷却塔表面风致效应的反应最准确、最直接,但结果形式繁杂;而结构整体气动力(阻力、升力系数的均值和根方差)简单、明确;与压力系数相比,基于结构整体的气动力可以较准确地确定不利来流工况;在典型不利来流工况下,受扰塔塔体喉部断面的压力系数分布变化特征符合通道作用的机理;高频天平测力试验结果与刚体模型测压试验结果不一致,在现有技术条件下,仅将高频天平测力试验结果作为测压试验结果的补充.     

大跨度屋盖风荷载的大涡模拟研究

应用一种新的湍流脉动流场产生方法DSRFG(discretizing and synthesizing random flow generation)模拟风场实际的湍流边界条件.采用一种新的大涡模拟LES(Large Eddy Simulation)的亚格子模型,基于linux系统下软件平台Fluent6.3的并行计算技术,计算了长沙机场扩建航站楼屋盖结构在5个风向下的风荷载.根据对机场屋盖的平均风压和脉动风压系数分布规律的分析,给出了各风向角下屋面的表面风压分布特性和最不利风向角,为长沙机场扩建航站楼的抗风设计提供了依据.并为进一步发展此类复杂建筑结构在复杂湍流环境下的风荷载数值风洞技术提供参考.     

张拉结构风致振动理论和试验研究

为了研究张拉结构风致振动机理和规律,采用风洞试验、流固耦合数值模拟方法(FSI)和频域方法对单片张拉膜结构、张拉膜结构屋盖和单层平面索网的风致振动响应进行了分析.利用风洞试验,研究了来流湍流度、风速、风向角、膜面张力等不同工况对结构测点位移和根方差的影响.采用数值模拟和频域方法,分析了典型风洞试验工况,并与试验结果进行对比,以验证理论分析方法的可靠性.结果表明:在紊流风作用下,单片索膜做随机受迫振动,振动以背景响应为主,FSI数值模拟、频域法与试验结果较为接近;膜结构屋盖在特征湍流作用下发生颤振,数值方法尚未模拟出这一现象;玻璃面板刚度可以有效降低单层索网风致振动响应.