下击暴流作用下的开洞超高层建筑风致内压及净压

通过自制发生装置在大气边界层风洞中模拟下击暴流风场,对典型开洞高层建筑进行内外压风洞试验,研究下击暴流和B类风场作用下开洞高层建筑的内压、净压特性和内压增益函数,进一步识别孔口特征参数,并将内压极值的理论计算结果与试验结果进行对比分析。结果表明,随风向角的增大,内压系数平均值和极值均先减小后增大。两侧面的净压极值最大,易发生风致破坏。开洞面由于内外压相关系数为正值,内外压作用相互抵消,其净压最小。在50°斜风向的来流作用下,内压增益幅值远大于其他风向角下的结果,且在Helmholtz共振频率处的内压能量显著增大。除70°～100°风向角外,其他风向角下内压系数极值的理论值与试验值吻合良好。     

下击暴流作用下低矮建筑风荷载特性试验

以低矮建筑为研究对象,进行了下击暴流作用下的刚性模型风洞试验.利用冲击射流装置模拟下击暴流,分析了典型径向位置处建筑表面平均和脉动风压系数分布特征,研究了建筑风压系数、体型系数及气动力特征随径向距离(r)的变化规律.结果表明:低矮建筑在下击暴流作用下,迎风面受到正向风压的作用,屋面、背风面及侧面受到负压作用;当建筑的径向距离大于喷口直径(Djet),即r>1.0Djet时,建筑中心线处风压值的大小都随着r的增大而减小;当0.5Djet相似文献   

拉线门塔在下击暴流作用下的响应分析

以某220kV输电线路拉线门塔为工程背景,通过时程响应分析对比研究了拉线门塔在下击暴流与常规B类风场作用下的响应特性.建立了拉线门塔-输电线体系空间有限元模型并进行了动力特性分析,通过风洞试验测试了拉线门塔刚性模型和双分裂导线模型的体型系数,模拟了规范B类风场和下击暴流风场的脉动风荷载时程,采用Newmark-β法分析了拉线门塔在两种风场脉动荷载作用下的响应,并与规范设计荷载等效静力作用下的效应进行了比较.结果表明:拉线门塔在下击暴流作用下,立柱峰值压应力达到600MPa,是常规B类风场作用下的4.6倍;拉线极值拉应力达到1 300 MPa以上,是常规B类风场作用下的2.5倍;且拉线门塔位移响应以导线频率占主要成分的低频响应为主,导线荷载对拉线门塔位移响应影响显著而对其加速度响应影响甚微.比较研究表明,中国规范缺乏下击暴流风荷载的设计条文,但是对杆塔进行常规B类风场作用下的设计取值是合理的,而美国ASCE荷载导则的计算方法会低估下击暴流对拉线门塔的破坏作用.     

常规风和下击暴流作用下定日镜风压特性比较

利用计算流体动力学方法对常规风和下击暴流作用下定日镜的表面风压进行数值模拟和对比分析.研究结果表明:在常规风和下击暴流作用下,定日镜在各工作仰角下的迎风面均以正压为主,在镜面上边缘存在极小范围的负压区域,背风面负压整体呈现上部小、下部大对称分布的特点.随着工作仰角的增大,在常规风和下击暴流作用下,定日镜迎风面压力峰值中心均由底部逐渐上移,峰值压力逐渐增大,当处于大工作仰角时,迎风面高压区在常规风风场中位于上部,而下击暴流风场中位于中部且高压区分布范围比常规风更大.定日镜背风面负压峰值随工作仰角增大在常规风风场中逐渐减小,而在下击暴流风场中背风面压力基本不变,当处于小工作仰角时,在常规风风场中定日镜背风面谷值压力位于上部,分布梯度明显,在下击暴流风场中背风面压力分布较均匀.     

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.     

海面上下击暴流风场特性模拟及分析

为研究下击暴流作用于海洋上层水域的风场特性与风浪分布,基于CFD(computational fluid dynamics)技术,建立了二维几何模型,使用雷诺应力模型、多相流模型对二维下击暴流作用于海洋上层水域的过程进行数值模拟,开展了其速度变化时程、波高变化时程、特征时刻径向风速剖面、时均风速剖面与液相流速剖面的变化特性的分析.模拟结果表明：相对于平面陆地,下击暴流作用于海洋上层水域的前期径向气流方向有所抬升,风场稳定后径向气流中部仍表现为小幅抬升,至冲击中心水平方向远处逐渐平稳;冲击中心附近的海洋上层表面随下击暴流持续作用表面产生下凹,随时间增加下凹加剧,产生的冲击波向两侧传递,随时间发展在径向气流作用下产生长短不一的波;早期径向风速值将超过初始下沉气流风速值,最大达到下沉气流速度值的1.2倍,易联合风浪作用使海上舰船发生倾覆,海上舰船应利用其特征防范与抵御下击暴流;径向时均风速最大值所在高度较下击暴流作用于陆地时要高.     

基于边界层风洞的下击暴流稳态风场特性数值模拟

针对下击暴流稳态风场模拟问题,基于计算流体动力学方法(Computational Fluid Dynamics,CFD),首先分别采用二维、三维冲击射流模型对下击暴流风场进行数值模拟,对下击暴流风场特性进行研究.在此基础上,根据下击暴流对桥梁结构作用主要受水平风速影响的特点,采用二维数值模拟方法对边界层风洞中设置倾斜平板模拟下击暴流水平风速风场进行了研究.最后,设计并加工了边界层风洞下击暴流水平风速模拟试验装置,在边界层风洞中进行了下击暴流水平风速风场模拟试验,并将数值模拟结果与试验结果和已有文献结果进行了比较.结果表明:下击暴流风场的二维冲击射流模型模拟结果与三维冲击射流模型模拟结果吻合较好,即二维冲击射流模型是一种有效的下击暴流风场简化模拟方法;在边界层风洞中设置倾斜平板所模拟的下击暴流水平风速风场数值模拟结果和风洞试验结果具有较好的一致性,并与冲击射流模型数值模拟结果和现场实测结果均吻合较好,即在边界层风洞中设置倾斜平板可模拟下击暴流水平风速稳态风场特性.     

2011年8月18日福州地区下击暴流分析

利用多普勒雷达资料对福州地区2011年8月18日的两次下击暴流过程进行分析,结果表明,反射率强中心的逐步下降,使得风暴中层下沉气流加强,产生下击暴流,速度场上近地层速度产品呈现辐散结构、中层径向辐合的特征.此次过程风暴的强出流与风暴分离后并未减弱,持续了相当长的时间.利用WINDEX指数和风暴趋势图可以对下击暴流的预报提供帮助.     

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。     

机载雷达微下击暴流风切变信号处理与仿真

微下击暴流风切变是一种对飞机安全有严重危害的大气现象,为了有效分析微下击暴流风切变对飞行器所造成的危害程度。引入了危险因子,建立了微下击暴流风切变的危险因子数学模型,同时建立了一种简单有效的非对称风场模型,运用频域脉冲方法对微下击暴流风切变进行风速估计,由于微下击暴流风切变一般都含有雨滴,则运用多普勒效应和雷达截面积等原理对微下击暴流风切变信号进行了分析与仿真。仿真结果表明,建立的危险因子和风场模型能够真实有效地反映微下击暴流风切变所造成的危害程度,同时频域脉冲对方法能够很好地对微下击暴流风切变信号进行风速估计。     

低矮房屋标准模型的风洞试验研究

以国际通用的低矮建筑标准模型TIU（德州理工大学）模型为研究对象进行风洞试验,寻求适合于低矮房屋风洞试验的风场以及与风洞试验段相匹配的模型缩尺比.首先进行了1:15、1:30和1:45三种缩尺模型的风洞试验,分析了模型尺寸变化对平均、脉动风压系数和堵塞特征的影响,进而在3种不同湍流度分布的B类风场中对1:30缩尺比的模...     

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.     

TTU标模风压数值模拟及试验对比

以国际通用的低矮建筑标准模型TTU（德州理工大学）模型为考察对象，在同济大学TJ-2建筑风洞中进行了1：50缩尺模型的风洞试验研究．通过风洞试验数据与原型场地实测数据的对比，以评估风洞模拟技术的可靠性；同时，基于国际商用软件Fluent的RSM（雷诺应力）模型和CFX的SST（剪切应力运输）模型，从数值模拟的角度研究了TTU实尺度模型的定常绕流场．将数值预测的压力场与实测结果及缩尺模型风洞试验数据进行了比较，分析了风洞试验与场地实测之间、数值模拟与试验之间的异同，得到一些有参考价值的结果．     

坡地高层建筑非稳态雷暴冲击风荷载特性研究

目前结构风工程对于雷暴冲击风风荷载的研究多局限于稳态冲击射流模型,较少考虑风速随时间的变化以及坡地地形等因素的影响.基于冲击射流模型,引入衰减函数使得射流的入口风速更加接近真实的雷暴冲击风整个生命周期的衰变过程,并通过瞬态大涡模拟(LES)分析了坡地地形中坡顶位置处典型高层建筑的建筑风荷载特性及坡地地形雷暴冲击风场特性.结果表明,LES瞬态模拟具有较高的可靠性,非稳态冲击风场的风速波动较大,变化规律与实测的下击暴流风速曲线类似;建筑表面的风荷载具有强烈的非平稳特性,且随着风速迅速衰减;非稳态冲击风的风荷载波动大且潜在破坏能力更强;坡地地形下建筑迎风面风荷载普遍比平地小,且对建筑中上部的影响明显要大于底部,随着起坡角度的增大,建筑中上部风荷载逐渐减小.     

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.     

山脉地形下击暴流风场数值模拟

山区是下击暴流多发区域,为了研究下击暴流作用下连续山脉地形的风场特性,采用大涡模拟(LES)分析了山脉高度、间距等地貌因素对特征位置风场的影响.结果表明:山脉高度大于50 m时,山脚及山顶位置径向极值风速的大小随山脉高度增加而逐渐减小;山顶的加速效应主要受山高影响,其加速因子在近地面较大,而山脚的加速效应在上部空间较大;双山脉时,后山脉对前山脉湍流度的变化影响不明显,后山脉的湍流度呈现出随山脉间距扩大而先增大后减小、随前山脉高度增加而逐渐增大的变化规律.     

体育场挑篷的风荷载试验研究

介绍了某体育场挑篷模型风洞试验的概况和主要试验结果,详尽分析了挑篷上平均风压和脉动风压的分布,讨论了分块体型系数的特性和脉动风压对总设计风荷载的贡献,并对比了计算围护结构风荷载的规范方法和统计方法．结果表明,正迎风时,挑篷前缘的脉动风压系数较大,而按规范方法得到的围护结构设计风荷载偏小．     

群体高层建筑模型风洞试验阻塞效应的修正

基于单体高层建筑模型的尾流面积法,提出了适用于群体高层建筑模型风洞试验阻塞效应的修正方法.给出了群体建筑的流场模式和基本假定,推导了修正公式,将尾流面积法的适用范围推广到同时布置两个或多个建筑的阻塞效应的修正.利用均匀流中典型周边布置方案的等高双建筑和等高三建筑的风洞试验结果进行参数拟合,并在不同工况下验证了修正方法.该方法可在较高精度范围内满足工程项目的需要.     

上海东方艺术中心风荷载试验

介绍了上海东方艺术中心模型风洞试验概况和主要结果 .给出了屋面在最不利工况下的分块体型系数及平均风压系数的等值线图 ,清楚地显示了此大跨度屋盖结构屋面的风压分布特征 .结果表明 ,周边建筑对所测建筑的风荷载有较大的干扰影响 .最后对分别按规范 (基于平均风压 )和应用统计方法 (基于平均风压和脉动风压 )计算的用于玻璃幕墙设计的风压结果进行了比较 ,结果表明 ,按规范计算的最不利风荷载偏小 ,对此应引起注意