湍流积分尺度对高层建筑风荷载影响的大涡模拟

为研究湍流积分尺度对高层建筑风荷载大小和分布的影响,研究其合理取值,基于大涡模拟开展了B类地貌不同湍流积分尺度下CAARC（commonwealth advisory aeronautical research council）标准高层建筑模型绕流模拟,并将模拟结果与风洞试验进行了比较.研究结果表明:大涡模拟能较好地反映高层建筑周围风场绕流特性和表面风压分布.随着湍流积分尺度的增大,平均运动的变形率向湍流脉动输入能量,以致平均风速降低、湍流强度增大;侧面风压脉动性降低15%、分离流附着提前出现;基底扭矩谱和弯矩谱的峰值及高频段幅值均减小;层斯托罗哈数在0.4倍建筑高度以下基本相同,随高度的增加其值下降20%~30%;层平均阻力系数下降5%~10%;迎风面风压系数平均值下降2%~5%,侧面和背面下降12%~17%.湍流积分尺度对迎风面和侧面上风向的风压水平相关性、层升力和0.8倍建筑高度以下的层阻力相关性的影响可以忽略.随湍流积分尺度的增大,风压水平相关系数增大,背风面增大5%~10%,侧面下风向增大15%~25%,0.8倍建筑高度以上层阻力相关性系数增大25%~50%.B类地貌湍流积分尺度的调整系数为0.4时,计算得到的风荷载与试验结果趋于一致.      

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SST k-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,关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．     

深切峡谷区大跨度桥梁的复合风速标准

为考虑复杂地形地貌区大跨度桥梁不同构件处风特性的差异,在对地区相关气象站历史实测风速资料进行统计分析的基础上,推算了地区基本风速.通过对地区气象站和桥位风速观测点同步实测风速资料相关性的分析,建立了桥址区风速与地区气象台站风速间的订正关系.基于桥址区地貌特征并结合CFD分析结果,确定了主梁及各桥塔的设计风速,提出了复合风速标准的概念.研究结果表明,与常规桥梁单一的风速标准不同,深切峡谷区大跨度桥梁宜采用考虑主梁及各桥塔风特性差异的复合风速标准.     

不同长宽比矩形高层建筑的分离再附流动特性

为研究边界层紊流特性、断面长宽比和空间位置等因素与矩形高层建筑分离再附流动特性之间的关联，通过不同长宽比矩形建筑模型的同步测压试验，获取不同工况下的表面风压实测数据；分析了影响矩形建筑三维分离再附流动和分离区长度演化规律的多种因素，探讨了大尺度紊流下矩形高层建筑的非定常气动力与分离再附流动特性的内在关联；定量给出了平均分离区长度在竖向的分布规律. 研究结果表明:紊流风场的积分尺度与建筑特征尺寸的比值关系会影响分离再附流动和气动力特性的试验精准度，最大偏差可达约24%；边界层紊流的干扰导致分离剪切层曲率增大，加强了对分离区的卷夹作用，稳定再附将发生在长宽比为2时；平均分离区长度在竖向方向逐渐增大，并依据试验结果给出了高层建筑侧面风压取值的修正建议.      

基于实测风功率曲线的风电场等值建模

为提高风电场实际运行模型的精确性,采用了基于实测风功率曲线的风电场等值建模方法.该方法运用统计学理论分析了风电场的实测风速及有功功率,得到风电机组的实测风速-功率特性曲线,并利用该曲线得到能够反映风电机组实际输出特性的风力机参数,从而建立了风电机组模型.以实际测得的风速作为分群指标,利用改进型最大树法对风电机组进行分群,进而建立了风电场的等值模型,并与基于风速分群的传统等值方法及风电场实际输出功率曲线进行了对比.仿真结果表明,应用该方法对风电场进行等值建模是有效的,且该模型具有较高的精度.     

澳门政权交接仪式场馆脉动风压风洞试验

介绍了澳门政权交接仪式场馆脉动风压风洞试验的方法及结果，分析了外墙表面及屋面脉动风压分布的特点和影响因素．试验结果表明：该大型场馆屋面上表面主要分布为负压，悬挑边缘迎风时负压较大，风压分布受周围建筑干扰严重；屋面下表面与外墙的风压分布类似；内压的大小与开门方向、风向角有很大关系。     

桅杆结构脉动风速模拟与风荷载计算

介绍了风的基本特性、风速模拟的谐波叠加法原理,引入快速傅里叶FFT改进的谐波叠加法.采用改进后的谐波叠加法模拟桅杆结构沿杆身高度不同位置处的多维风速时程,根据风速、风压间的关系将其转化为结构分析所需的风荷载时程.并与相同条件下谐波叠加法模拟风速时程的过程进行了对比,结果表明两种方法的模拟功率谱与目标功率谱均比较吻合,但改进后的谐波叠加法运算效率明显高于谐波叠加法.     

重庆万豪国际会展大厦风效应试验研究

重庆万豪国际会展大厦是高度达303m的超高层钢结构，其基阶频率仅0．1234Hz，为了准确确定风荷载及其风致响应，对其进行了风致安全性及舒适性评估．采用风洞模型试验方法，对场地大气边界层进行了模拟；通过测压模型风洞试验测量风压系数的分布，并计算静风荷载；用气动弹性模型测量风致响应，包括大厦顶部的位移响应、加速度响应和角速度响应，并计算动风荷载．此外，还讨论了周边环境建筑对其风效应的影响．研究表明，周边建筑环境对大厦的静力和动力风荷载均有较大影响，在设计风速范围内不会产生驰振现象，其顶部加速度和角速度均小于限值，舒适性满足规范要求．     

侧风环境下考虑行车安全的路堤风速场研究

为研究侧风环境下路堤风速场,建立了有限元模型,对不同高度路基风速场进行了仿真分析;现场实测了侧风环境下的路基风速变化规律,验证了仿真结果的正确性。提出了影响行车安全的计算风速区域。结果表明:路基越高局部风速的增强就越大,上风侧路肩和行车道风速增强最明显,对行车安全影响越大。研究结果提供了侧风环境下高大路堤行车安全的理论基础。     

大跨翘曲屋盖风压分布的风洞试验与数值模拟

为了解大跨翘曲屋盖结构的风压分布特征,对某大跨翘曲屋盖进行了风洞试验和计算流体动力学数值模拟.首先,根据风洞试验结果分析了屋盖风压分布情况及门窗开启状态对风压分布的影响;然后,基于CFX软件平台,采用RNG k-ε湍流模型模拟了该屋盖结构的平均风压分布,并将模拟结果与风洞试验数据进行了比较.研究结果表明:门窗开启对外风压影响较小,对内压有一定影响,开一边门窗时,屋盖会受到向上的升力,两边同时开启时,内压对屋盖有向下的吸力作用;采用RNG k-ε湍流模型模拟大跨翘曲屋盖结构的平均风压分布具有较好的计算精度,可较准确地反映实际风压;屋面风压分布以吸力为主,风荷载最不利位置在翘曲边缘和屋面顶部区域;来流方向为翘曲向时,风流在翘曲边缘有较大的分离,在翘曲面有较强的漩涡产生,风流绕过建筑后,在来流方向建筑两侧会伴随着分离和漩涡产生,且在背风面会形成两个大的对称尾涡,而来流方向为凹曲向时,侧面和背风面的分离和漩涡并不明显.      

风屏障在中国帽型突变风与列车风耦合作用下的气动响应

建立了风屏障在突变风与列车风耦合作用下的三维仿真模型,分别研究了透风率为30％的风屏障在横风、突变风及车致脉动风耦合作用的气动响应,分析了其表面的气动压力分布特征及原因.结果表明,风屏障受到横风与车致脉动风耦合作用时,车致脉动风产生的压力对风屏障起主要作用,横风作用减小了风屏障所受头波的正压峰值,增大了其尾波的负压峰值.当风屏障在受到突变风(风速平均值13.8 m/s)与车致脉动风耦合作用时,风屏障所受的压力比横风(风速13.8 m/s)作用下大得多,情况复杂也得多,风屏障所受的头波正压峰值扩大了9.7倍,尾波负压峰值扩大了2.4倍,气动压力变化率增大了2.5倍,持续作用时间增大了2.4倍.     

基于DEA的铁路桥梁风屏障防风效果评价

为评价风屏障的防风效果,针对铁路桥梁设置不同高度的风屏障,通过风洞试验测试了单车以及双车交会时的气动力系数.在此基础上,提出用单车的气动力系数衡量车辆风荷载突变效应,以不同轨道位置车辆的风荷载突变量作为评价指标,并采用DEA(数据包络分析)方法评价风屏障的防风效果.研究结果表明:用DEA方法评价铁路桥梁风屏障的防风效果是可行的;当风屏障高度为1.72 m时,防风效果较好.     

江阴大桥强风报警及风场特性分析

风荷载对悬索桥的运营期安全有重要影响.文章利用健康监测系统实测数据,建立了江阴长江公路大桥风特性数据库.在此基础上,一方面针对风速设定报警阈值,从而保证了行车与结构安全,另一方面计算得到紊流强度、阵风系数等风特性,对桥梁设计风荷载参数取值的合理性进行了验证.研究结论为江阴大桥的抗风安全性评价提供了实测依据,同时可为该地区其他工程结构的抗风研究提供参考.     

采用加速度输入等效风力发电机组塔筒实测响应方法研究

通过对单自由体系的分析,得到风荷载激励和从基底输入的加速度之间的关系。通过对风力发电塔的模态分析,得到简化为广义单自由体系的广义质量和广义刚度,求得风力发电塔塔顶位移的时程曲线,采用Savitzky-Golay平滑算法和差分法求得顶点的加速度和速度时程,以此求得合成后的等效加速度。对直接合成后的等效加速度进行傅里叶变换,采用低通滤波器剔除高频分量,进行傅里叶逆变化后得到最终等效加速度。有限元分析结果表明,在此等效加速度下的结构响应和已知响应吻合一致,从而为风力发电塔的减振试验在振动台上完成成为可能。     

坝陵河大桥桥位风速观测及设计基准风速的计算

架设在峡谷上的大跨度桥梁,由于桥位处地形复杂,离谷底较高,设计基准风速一般无法通过抗风规范查得,需要进行专门的分析或测试。针对坝陵河大桥的设计基准风速问题,分别通过附近气象台站的数据和专门架设的观测塔的观测数据,通过分析得到了桥位处的设计基准风速。对类似地貌大桥建设设计基准风速的取得具有一定的参考意义。     

Wind Pressure Characteristics at Windward Side of Long-Span Cantilevered Roof by Wind Tunnel Test

A rigid mode of long-span cantilevered roof was tested in wind tunnel.By analyzing the relation between wind angle and wind pressure coefficient and the relation between wind angle and wind shape factor,we found that 90° is the most disadvantageous wind angle.Furthermore,the fluctuation of wind pressure at the windward edge was reflected by power spectrum density (PSD) and coherence function.The correlation coefficients of measuring points on outer and inner surfaces verifys that the largest lift force was produced at 90°.     

侧向风作用下车-桥系统的气动特性——基于风洞试验的参数研究

为考虑侧向风作用下车辆运动对车-桥系统气动特性的影响,基于研制的移动车辆模型风洞试验系统,针对轨道交通车辆和公路交通车辆,分别采用三车模型和单车模型,测试了不同工况下车辆、桥梁的气动力系数,讨论了车速、风向角、车辆在桥上所处轨道位置以及车辆类型等因素对车辆和桥梁气动特性的影响.研究表明,随着车速的增大和合成风向角的减小,车辆阻力系数和升力系数存在增大的趋势,车速对单车模型气动力系数的影响更显著;车辆在桥上所处轨道位置不同对车辆、桥梁气动力系数的影响均较大,桥梁气动力系数对车速和合成风向角不敏感.