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.     

考虑流固耦合效应的鞍形索膜结构体表风压和风致响应

基于Menter SST湍流模式和非线性有限元理论,在任意拉格朗日一欧拉(Arbitrary Lagrangian-Eulerian,ALE)描述下,构建了耦合方程迭代求解策略.针对鞍形索膜结构与柔性屋面、刚性屋面等的力学模型不同,在底裙封闭、底裙开敞等不同工况条件下,数值模拟和分析比较了结构体表风压分布和结构风致响应.计算结果表明,鞍形索膜结构为底裙封闭时,刚、柔性屋面工况的膜面风压分布存在明显差异;对于柔性鞍形索膜结构,底裙开敞工况的结构风致响应明显大于底裙封闭工况,相应的膜面风压分布、位移分布和有效应力分布均与底裙封闭工况差异明显.     

索膜结构的非线性风振响应

索膜结构是一种新型大跨度空间结构形式,该类轻柔结构对风的作用十分敏感,风荷载往往是结构设计的控制荷载.文中运用有限元程序对一实际索膜结构进行了自振分析,然后用自编程序进行了结构风振响应的理论分析,分析中考虑了风向、风速、膜预张力等基本参数对结构响应的影响,发现索膜结构的自振频率随膜预张力的增加而明显增大,风速对结构风振响应也有较大影响.     

索膜结构非线性风振响应研究

索膜结构是一种新型大跨度空间结构形式,该类轻柔结构对风的作用十分敏感,风荷载往往是结构设计的控制荷载。本文运用有限元程序对一实际索膜结构进行了自振分析,然后用自编程序进行了结构风振响应的理论分析,分析中考虑了风向、风速、膜预张力和脊索预拉力等基本参数变化对结构响应的影响,得到一些有工程实际意义的计算结果和结论。     

典型组合形体空间膜结构风振响应的数值分析

摘要：
对山脉型空间膜结构进行数值模拟与比较分析,研究膜帽处开敞与封闭情形、不同风速情形下的膜结构风振响应,包括位移响应、速度响应、加速度响应等.研究显示,膜帽开敞、封闭与否对结构最大位移响应影响较小;结构在膜结构顶帽封闭情形下的最大加速度响应明显大于膜结构顶帽开敞情形;位移瞬态放大系数在膜帽开敞情形下大于封闭情形.在一定风速范围内,开敞情形下结构竖向最大位移响应随风速增大而增大,而结构位移的瞬态放大系数随着风速增大变化不明显.文中的研究成果可供膜结构工程抗风设计参考. 关键词：
膜结构; 流固耦合; 风致动力响应; 位移瞬态放大系数 中图分类号： TU 312.1
文献标志码： A     

张拉膜结构风振响应的数值风洞模拟

膜结构作为一种风敏感结构,其风致振动需考虑流固耦合效应.建立膜结构风振响应的数值模拟平台,该平台调用已有的结构计算模块ANSYS以及流场求解模块CFX,并开发了大位移边界下的动态网格更新以及流固耦合边界的自匹配功能,从而实现了膜结构风振响应的数值模拟计算.利用该平台对工程应用较为广泛的典型张拉膜结构进行了初步风致振动响应研究.数值模拟结果显示:张拉膜结构的风振是由结构多个模态的耦合叠加所组成,其风振响应体现了结构较强的几何非线性特征;来流的风速大小、风向角以及张拉膜的预张力、矢跨比等因素都会对结构的风振响应产生一定的影响.     

高层建筑玻璃幕墙的风压和风振计算

该文根据风载及玻璃幕墙的变形特点，探讨了简便实用的玻璃幕墙风载计算公式；用板的随机振动理论，建立了幕墙风振响应、风振力、风振系数的严密计算公式；针对国际流行的Ｄａｖｅｎｐｏｒｔ风谱，给出了简便实用的风振系数表达式，结果也适用于其它材料的幕墙，为工程设计提供了方便。     

双并列高层建筑平均风压系数干扰效应分析

基于风洞测压试验,通过改变双并列高层建筑间的间距和风向角,分析双并列且高度不一的高层建筑表面风压分布特性。结果表明,在单栋高层建筑周围加入施扰建筑形成双并列布局后,两建筑相对立面上的风压分布和风压值会发生较大变化。建筑表面的风压极值随着间距的增大而减小,且随着风向角从0°增大至90°,其由自上而下逐级分布逐渐转变为从左到右的规律分布,正负风压极值分别出现在建筑立面左右边缘的拐角处;当风向角为90°时,两建筑立面间形成加速气流,在建筑表面形成较大的负压,影响建筑结构的抗风性能。     

基于风压线形叠加法张拉膜结构风荷载与风振响应分析

综合分析了几种现有的张拉膜结构风荷载分析的方法,在此基础上提出了用风压线形叠加法进行风荷载计算的新方法,并給出一个工程算例进行了风振响应分析。该方法采用平均风压与脉动风压线性组合叠加的办法,生成风压时程函数,既保证了作用于结构上的风荷载随时间变化,而且还能保证结构所受的力是围绕着静力风压上下波动。这种算法可为膜结构的抗风设计提供参考。     

圆拱型温室风压数值模拟与研究

温室是设施农业的主要设施,其风荷载对温室是最为重要的可变荷载、也是对结构影响最大的因素之一.运用CAD并基于CFD计算平台Fluent软件,引入用户自定义函数(User Defined Function,UDF)模拟真实的大气边界层,对温室屋盖表面风压分布规律进行模拟研究,从1跨、3跨、5跨、10跨四种不同跨度的0°、30°、60°、90°对圆拱型的风向角情况下的压力系数对比并做出研究分析,结果表明:斜向来流是对圆拱形温室产生最不利的来流情况,所以这种来流对温室结构威胁最大.研究模拟计算的结果为圆拱型温室风荷载计算以及结构设计提供了相应依据.     

漏斗形开敞式膜结构的风致振动效应分析

采用谐波叠加法模拟风速时程,将风速时程转换为风荷载时程施于漏斗形膜结构,分析膜结构风振响应,获得结构各区块风致动力放大系数.计算表明：漏斗形敞开式膜结构各节点位移响应较为稳定且具有周期性,速度响应曲线和加速度响应曲线均较稳定;结构表面不同部位的风振响应差别较大,迎风面的风致动力放大系数较高,背风面风致动力放大系数平缓.     

索膜结构考虑风与结构耦合作用的抖振响应

考虑风与膜结构的耦合作用,研究索膜结构在顺风向和垂直向风作用下的抖振响应规律及特性.采用时程分析法,在结构的运动微分方程中利用风与结构之间的相对速度来考虑风与膜结构的耦合作用,采用逐步积分法在每一时间步内求解方程,并用该方法得到索膜结构的抖振响应规律以及耦合作用对膜结构抖振的影响规律.研究表明:索膜结构的耦合作用抑制了结构的抖振响应,风与结构耦合作用的大小与结构的振动速度有关.     

高层建筑表面风压的数值风洞模拟研究

与风洞试验相比,数值风洞具有成本低、周期短、适用广泛等诸多优点,然而由于缺乏足够的研究与验证工作,其精度及可靠性还没有被广泛接受。应用CFD方法建立两个典型高层建筑的数值风洞模型,进行建筑表面风压的模拟与验证,计算结果表明,数值风洞可以很好的反应建筑风压的分布规律,除背风面等少数区域,风压模拟结果具有较好的精度,具有很好的参考价值。     

采用量子粒子群优化算法的风荷载作用下伞形膜结构形态优化设计

为获取具有最优性能的张拉膜结构的形态,基于量子粒子群优化算法,开展伞形膜结构在风荷载作用下的形态优化设计.以矢跨比和脊索拉力作为优化变量,将应变能、应力波动系数和最大支座反力作为优化目标建立多目标优化模型. 通过分配系数法构造适应度函数,并以适应度函数为评价标准进行优化计算;然后,通过与粒子群优化算法优化结果的比较,证明量子粒子群优化算法的有效性和优越性.结果表明:风荷载作用下的最优伞形膜结构形态的脊索拉力、膜预应力和跨度之间的比值系数约为0.77,最优结构矢跨比为0.33~0.41,最优值主要集中在0.35左右.     

尖顶型温室风压数值模拟与研究

设施农业是高度现代化与集约化的新型农业生产方式,作为设施农业中最高效、应用最广的温室,其结构安全及室内指标测量与控制是当前的研究方向.风荷载是引起温室结构破坏的主要自然成因,因其受制于主导风向而且分布随机,作用效应与温室结构形体、表面粗糙度等因素密切相关,是一种复杂的结构动荷载.为研究不同风向风荷载(0°、30°、60°、90°)对不同跨数(1跨、3跨、5跨、10跨)的温室结构直面风压的作用效应,运用ICEMCFD及Fluent软件进行数值模拟实验.结果表明:风力和风向角相同时,1跨结构压力最大,其余3种跨度风压相对较小且差异性不显著;斜向来的风向是对温室结构最不利的情况,而且30°和60°风向角形成的局部高负压比0°和90°明显增大.     

复杂多连体大跨度结构的风压与等效静风荷载模拟和分析

以上海世博会后的世博博物馆"欢庆之云"复杂形体大跨度新建工程为背景对象,运用数值模拟方法,研究在不同风向角来风且存在周边建筑风场干扰的情形下,表面曲率多变的多连体大跨空间建筑结构的表面风压、阵风系数和等效静风荷载.对风压云图和分区域风压系数进行了分析,并基于峰值因子法求解阵风系数,进而提出了考虑最不利风向角的等效静风荷载.     

山体环境对建筑屋面风压影响的数值模拟

基于计算流体动力学软件ANSYS CFX,采用剪切应力传输(SST)k-ω湍流物理模型和非结构化网格,对山体环境下低矮民房中较为典型的二层双坡屋面房屋进行数值模拟.在山体环境影响下,分析房屋表面风压随山体高度变化、不同坐落位置和各风向角下的分布规律.结果表明,山体对房屋的影响,屋面的体型系数与平坦地区差异较明显,且与山...     

数值模拟引导的低矮建筑风压系数规范比较研究

采用基于RANS的SST(Shear Stress Transport)k-ω湍流模型对不同屋面坡角下双坡屋顶低矮建筑的表面风压及周围定常风场进行数值模拟,深入分析了坡角对结构周围流场及其表面风压的影响.在理解建筑周围流场结构的基础上,对中美澳3国风荷载规范中关于封闭式双坡屋顶低矮建筑主体结构的相关规定做了详细比较.结果表明,采用SSTk-ω模型结合适当的边界条件,可较准确地预测结构表面平均风压系数及周围定常流场;分析建筑周围流场结构有助于理解并对比分析规范中的相应规定.通过规范比较可知,中国规范相对简单,美澳规范则较为详细的考虑了屋面坡角、建筑长宽比、气流分离及再附着等因素对风压系数的影响.最后,结合数值模拟的结论,给出中国规范相应规定的细化建议.     

连栋塑料温室多工况下风压的数值模拟

主要探讨应用计算流体力学(CFD)数值风洞方法,研究确定塑料温室表面的风压分布.CFD湍流模型采用Realize k-ε模型,在构建的数值风洞中,对全尺度三连栋的塑料温室模型进行多工况分析.计算得到的表面风压值经换算成体型系数后,与国内外相关标准作比较分析.在完全封闭工况下,温室表面风压的总分布特征以及在迎风面与前缘部位的数值具有很好的参考性;在侧窗不同开度的工况下,由风致内压而引起风压值的改变,其变化值与规范建议范围相一致.结果表明:温室CFD数值风洞模拟,可提供具有参考价值的风压值与分布特征,为风压在规范建议值范围内进行明确取值提供依据.