大跨度空间网架结构风荷载数值模拟方法

回顾了风工程的发展历程,分析了大跨度空间结构抗风与高层结构抗风的差异,列举了目前大跨度空间结构设计中常用的各种风荷载模拟方法,并对它们各自的特点进行了比较.     

高层建筑物表面风荷载数值模拟研究

建筑物体复杂外形的绕流数值模拟在确定高层建筑物体风荷载中有重要的作用,此研究以FLUENT软件为平台,采用基于Octree技术的方法生成非结构四面体网格,求解压力用耦合方程组的半隐式方法进行,利用此方法对高层建筑风荷载进行了数值模拟,收到较好效果。     

大跨度屋盖结构等效静力风荷载数值计算方法

基于大跨度屋盖结构等效静力风荷载计算的复杂性,提出了极值效应等效静力风荷载的概念和应用数值优化原理计算大跨度屋盖结构内力等效静力风荷载的方法.以几内亚体育场主看台悬挑屋盖为例,计算得到其位移等效静力风荷载;以巴哈马体育场主看台悬挑屋盖为工程背景,基于两类不同目标函数按最小二乘拟合得到内力等效静力风荷载.并分别给出两组内力等效静力风荷载作用下的杆件极值内力误差分布,分析了基于两类目标函数的拟合方法各自的优缺点.算例与分析表明该方法实用性很强,既方便设计使用,又有相当高的精度,可以满足工程设计的需求.     

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.     

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.     

多点输入下大跨度空间网格结构的地震响应分析

引用了FFT(fast Fourier transform)技术模拟多点输入下的竖向和水平地震加速度时程，水平相干函数模型采用著名的R．S．Harichandran模型，竖向相干函数模型采用刘先明博士提出的模型．分别以多点输入法和行波法对大跨度空间网格结构的2个实际工程的水平与竖向振动进行计算，并与一致输入法的计算结果进行对比，最终在非一致输入与一致输入上结构的差异、视波速及结构跨度对这种差异的影响以及行波法的精度三方面得出了一些重要结论．     

高耸钢塔结构的脉动风荷载模拟及结构风振响应分析

采用谐波叠加法模拟作用于钢塔各层上的脉动风荷载时程样本,把钢塔结构简化为二维串联多自由度动力学模型,采用ANSYS的瞬态动力学分析模块,计算了钢塔结构的风振动力响应,为进一步对高耸塔式结构进行振动控制提供了必要的技术参数.     

起伏地形下复杂形体大跨网格结构风压与等效静风荷载数值模拟

以大跨空间建筑结构实际工程为对象,数值模拟分析复杂形体大跨网格结构在起伏地形下的风压分布、风载体型系数和等效静风荷载.运用Fluent软件计算不同风向角下的结构风载体型系数,发现风向角对结构风载体型系数影响较大.基于谐波叠加法模拟生成风速时程并转化为风压时程,采用ANSYS软件建立结构有限元模型,施加模拟所得的风压时程和风载体型系数,分析结构风致动力效应.定义风振动力放大因子以考虑共振响应的影响,并将其与特定时刻的瞬时风压分布相结合以形成结构的等效静风荷载.数值计算分析了基于基底竖向反力最小值的等效静风荷载及其分布.     

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.     

克孜河渡槽风荷载数值模拟

为了探究风荷载对克孜河渡槽结构的影响,考虑到经济成本和时间成本,采用数值模拟进行研究。本文基于流体力学CFD理论,利用Midas NFX CFD软件研究克孜河渡槽的风场环境及风荷载响应,模拟不同风攻角条件下风荷载对渡槽的影响,通过与已有的风洞试验结果对比分析,来验证数值模拟结果的可靠性,深入剖析了风攻角变化对渡槽的影响,并采用数值模拟与单因素方差分析相结合的方法,验证了风攻角变化对渡槽三分力系数的影响。计算结果显示风攻角对三分力系数有显著影响,以及数值模拟可以快速高效的模拟出克孜河渡槽周围复杂的风场环境,能直观反映渡槽表面负压区的分布规律,研究成果对渡槽风荷载的结构设计具有一定的参考意义。     

空间结构风场风载的数值模拟

基于计算流体动力学理论的空间结构风场风载数值模拟方法,研究了具有复杂体型的空间结构形体表面及其周围的风场,确定空间结构的风压分布,进而得到结构表面风载体型系数,并与相应风洞模型实验结果比较,结果验证了数值模拟方法的正确性.利用数值方法模拟了当存在阻挡建筑物时目标建筑物周围风场和表面风载体型系数的改变,分析了风场变化的原因,讨论了何种情况下必须考虑阻挡建筑物的影响.又基于结构表面等压线将结构表面划分为结构受风子区块,并以面积加权平均计算得到各子区的风载体型系数,为抗风设计提供了可靠依据.     

行波效应对大跨度空间网格结构地震响应的影响

建立了一系列的标准正方形平板网格模型,分别采用时程分析法和随机振动虚拟激励法分析了不同跨度的网格模型在不同视波速的行波激励下的地震响应,并与一致激励下的地震响应进行了对比．结果表明,行波效应对网格结构杆件应力的影响随行波视波速的减小而增大,且对不同位置杆件的应力值的影响有所不同;当行波视波速小于500m／s时,行波效应对跨度大于60 m的网格结构控制杆件内力的影响程度大于lO％;当行波视波速一定时,行波效应对杆件控制内力的影响随网格结构跨度的增大而增大,不同地震激励下的行波效应差别很大．可见,行波效应对大跨度空间网格结构地震响应的影响显著;在空间网格结构抗震设计中,当结构跨度大于60 m、行波视波速小于500 m／s时,必须考虑行波效应对网格结构控制杆件内力的影响．     

大跨屋盖结构荷载风振系数研究

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,通过有限元方法在时域内对大跨屋盖结构进行分析,研究不同情况下结构的荷载风振系数和位移风振系数及其变化规律.研究表明:在同一风向角下,大跨屋盖结构的荷载风振系数对位置变化较敏感,偏于安全可以取荷载风振系数较大值,同时屋盖悬挑前缘节点荷载风振系数值较大.     

规则巨型框架表面风压分布数值模拟分析

风荷载对于建筑物来说是一种非常重要的荷载,尤其对高层和超高层的结构设计起着决定性的作用.因此如何准确预测建筑物表面的风压分布,以便进一步研究风荷载对结构的作用就显得非常重要.采用风洞模型试验和数值模拟计算相结合的方法,对规则巨型框架结构的表面风荷载进行了分析和研究.结果表明,采用数值模拟计算,不仅能够满足规则巨型框架结构的表面风压取值要求,而且可以完整地提供建筑物周围的风场环境,可为很多研究提供参考.     

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.     

地面雷达罩受风载荷作用的数值模拟

对风载荷作用下的雷达罩进行有限元数值模拟分析,从而确定拉压应力范围,并给出罩体基圆位置的合力与力矩值.同时对雷达罩也作了屈曲分析,并给出风载荷下的稳定系数.结果表明受风载荷的雷达罩的最大应力发生在截球底座的边界上.有限元方法对雷达罩进行的稳定分析中考虑了基圆位处约束,计算得到的实际屈曲值比理想条件下的解析解更为准确.     

大跨度空间钢管桁架结构的风振响应和风振控制研究

为了获得大跨度空间钢管桁架结构在风荷载作用下的实时受力、变形情况和风振系数,本文采用自回归法编制计算程序,数值模拟具有空间相关性的大跨度空间钢管桁架结构的多点风速时程,根据由风速时程转化的作用于结构的风荷载时程对两个大跨度空间钢管桁架结构进行风振响应分析和风振系数的计算.结果表明,编制的计算程序可较好地模拟大跨度空间钢管桁架结构的空间点风速时程,计算所得风速时程的功率谱与目标功率谱吻合较好;采用粘滞阻尼器后结构节点位移及杆件应力振动幅值均有所降低,可有效地减小结构的风振响应;根据风振响应的计算结果给出了可供设计参考的结构风振系数.     

大跨度桥梁脉动风场的随机模拟

首先分析了一种宽域平稳随机过程的特性，然后基于频谱表达方法并利用Kaimal风谱函数的特性，提出了一种模拟桥梁脉动风场的高效率方法；证明了采用本方法模拟产生的脉动风场具有各态历经性，满足目标互相关函数；最后给出了一个计算示例。