大跨度球型屋盖结构风致连续破坏过程模拟

利用计算流体动力学（CFD）软件CFX11.0,基于雷诺平均（RANS）方法的SSTk-ω湍流模型,对大跨度球型屋盖风致破坏过程进行了二维数值模拟,研究风致连续破坏过程中,屋盖开口附近风压系数的变化规律.结果表明,大跨度球型屋盖风致破坏区域受矢跨比的影响,屋盖破坏过程中破坏开口边缘处风压发生较大变化,这是屋盖风致连续破坏的主要原因.此外,结构前后入口也对破坏开口屋面内外表面风压系数分布规律有较大影响.     

方形土楼屋盖风荷载的数值模拟分析

为探讨屋面坡角和高径比对客家圆形土楼屋盖风荷载的影响,应用数值模拟方法,在不同方向角下分别对不同的坡角和高宽比情况下土楼的屋盖极值风压系数和净风压系数进行参数分析,采用SSTk-ω湍流模型,建立具有代表性的单体方楼德辉楼的数值风洞模型,得到了屋盖极值风压系数和净风压系数随坡角、高宽比变化的分布曲线.综合考虑2种风压系数和风流场的影响,结果表明：方形土楼抗风效果较好的坡角为45°,而高径比是0.45.     

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.      

某城市中心开敞式膜结构屋盖的风荷载试验研究

以郑州大上海步行街中心广场膜结构屋盖为工程背景,进行了刚性模型的同步测压试验。详细研究了该屋盖的平均风荷载和脉动风荷载的分布特征、上下表面对应点风压的相关性、以及围护结构设计和承重结构设计的风荷载。结果表明:该屋盖表面的风压以负压为主,脉动成份很大;上下表面对应点风压的相关系数绝大部分为正值;采用规范方法的结果进行围护结构设计偏于不安全,应采用概率统计方法的结果。     

柱面干煤棚风压分布特性数值模拟研究

基于计算流体力学软件ANSYS14.0-FLUENT,研究秦皇岛热电厂柱面干煤棚网壳结构在风作用下的表面风压分布。通过建筑几何模型建立、网格划分以及后处理得到相应计算模拟结果。通过控制变量法,研究不同风向角以及不同矢跨比下干煤棚壳体表面不同部位风压系数,为干煤棚结构抗风设计提供依据。研究结果表明:干煤棚的整体结构受力主要以风吸力为主,随着风向角的改变,干煤棚的风压分布会发生显著变化;干煤棚矢跨比宜为0.3~0.5,改变矢跨比对干煤棚壳体的风压分布产生一定效果但并不明显。     

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．     

基于CFD的遮光棚风压分布规律研究

结合具体工程,采用三维粘性、不可压缩、定常流的Navier-Stokes方程,用有限体积法进行区域离散,对敞开式拱形遮光棚表面风压分布规律进行了三维数值分析,揭示了该类结构风压分布规律,用于指导结构设计。     

大跨屋盖结构风致动力响应高阶主导模态的识别

高阶模态的贡献在大跨屋盖结构风振响应分析中不能忽略．从模态空间分布和风荷载空间分布相关性强弱与模态对结构响应贡献程度的相互关系出发,提出了通过低阶主要贡献模态间接寻找风荷载强相关高阶模态的思想．在此基础上,通过对高阶模态响应方差矩阵的简化处理得到其等效矩阵．根据等效矩阵中对角线元素构造了高阶模态的模态参与系数,实现对高阶主导模态的识别,有效考虑了高阶模态的贡献．最后,通过对2008年北京奥运会网球中心屋盖结构的风振响应分析对所提出方法的有效性进行了验证．     

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。     

基于PIV试验的积雪平屋面风场特性研究

为研究屋盖积雪对低矮平屋面风场特性的干扰影响，基于风吹雪风洞试验，通过3D打印获得平屋面的3D积雪形态，并以无积雪模型作为对照，系统地开展了PIV (particle image velocimetry)风洞试验，并结合LES(large eddy simulation)方法，研究了6组平屋面建筑有无积雪时的流场分布特性.试验研究表明：当无积雪时，来流在屋面前缘处分离后能形成典型的分离泡流动，分离泡内速度场存在明显逆流现象；当有积雪时，屋面上方的逆流减弱甚至消失，积雪显著地加快了流经屋面附近流场的速度，其最大速度增量约为0.6，同时，流线分布更贴合模型壁面，速度梯度增大，也相对增大了涡量值；积雪会使得屋面上方整体的时均湍动能和切应力均减小，但对屋面迎风区域的平均和脉动风压均有增大作用，其增大比值约为15%和20%.通过该研究可进一步对低矮建筑的风雪荷载作用机理展开分析，为屋盖结构的抗风雪设计提供参考.     

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°.     

大跨屋盖结构抗风类型划分方法及应用

根据风振响应中平均响应、背景响应和共振响应之间的关系,初步提出划分结构抗风类型的思想,将大跨屋盖结构分为4类抗风类型,并给出具体的划分方案,以简化风振响应和等效静风荷载的分析过程．在此基础上,以拱作为研究对象,在工程常用的参数范围内,通过风洞试验,确定屋面风荷栽,对矢跨比分别为1／8和1／4的大跨拱结构的抗风类型进行系统的参数分析,研究风荷载基本参数和结构参数（矢跨比、跨度、结构截面刚度和屋面质量）对拱结构抗风类型的影响．分析结果表明：基频小于4Hz的绝大多数拱结构,脉动风响应明显大于平均风响应,脉动风响应不可忽略,属于背景响应可以忽略、共振响应占主导地位的结构抗风类型．     

检修车轨道导流板对流线型箱梁涡振的影响

为研究流线型箱梁的涡激振动特性及涡振抑振措施,以某大跨度钢箱梁斜拉桥为工程背景,通过1:50节段模型风洞试验研究了主梁断面涡激振动响应;采用计算流体力学(computational fluid dynamic, CFD)分析主梁断面的二维流场. 研究结果表明,检修车轨道处漩涡脱落明显,对主梁断面涡激振动性能影响较大;导流板位置从检修车轨道外侧移动到检修车轨道内侧,主梁断面升力系数均方根值减小了24%;在检修车轨道内侧设置导流板,可以有效抑制主梁涡激振动.      

气动翼对高速磁悬浮列车升力特性的影响

磁悬浮列车高速运行时受到较大气动升力作用,尤其是尾车向上的气动升力较大,易使悬浮性能恶化,甚至导致悬浮控制系统失效,影响列车的乘坐舒适性及运行安全性,因此亟待开展高速磁悬浮列车的尾车升力特性研究及改善工作. 对开展过风洞试验的高速磁悬浮列车进行数值模拟计算,得到的列车表面压力系数与风洞实验数据吻合较好,并加装气动翼改善高速磁悬浮尾车气动升力,研究了气动翼角度、数量对尾车气动性能的影响. 研究结果表明:仅安装一个气动翼时,其自身的气动升力随角度的增加而减小,但尾车气动升力则呈现先减小后增大的规律,气动翼角度为12.5° 时尾车升力最小,与原始磁悬浮列车相比气动升力系数减小3.9%,气动翼及尾车气动阻力略有增加;以气动翼与车体切线角度保持不变为基准在尾车安装多个12.5° 气动翼,不同位置气动翼的气动阻力基本相同,气动翼数量增加后尾车气动阻力随之增大;不同位置气动翼的气动升力存在差异,向鼻尖方向气动翼的气动升力递减,尾车气动升力随气动翼数量增加先减小后趋于稳定;各方案中安装2个气动翼的磁悬浮列车气动性能相对更优,与原始磁悬浮列车相比尾车气动升力减小4.6%,整车阻力仅增加1.4%.      

中央开槽宽度对箱梁涡振特性的影响机理

设置中央开槽的箱梁通常具有良好的颤振稳定性,但该类箱梁在大攻角来流作用下的涡振性能尚不明确.采用数值模拟方法,针对某大跨度桥梁的流线型箱梁断面,分析了5种不同中央开槽宽度箱梁的流场特性和涡振稳定性能,探究了大攻角下中央开槽宽度变化对箱梁涡振性能的影响规律,并根据静态和动态流场的变化,系统讨论了相应的气动机理.研究结果表...     

Wind pressure distribution and wind-induced dynamic response for spatial groined latticed vaults

The wind pressure distribution and wind-induced vibration responses of long-span spatial groined latticed vaults (SGLVs) were numerically simulated, which always are ones of the most important problems in the structural wind resistance design. Incompressible visco-fluid model was introduced, and the standard k-εtwo equation model and semi-implicit method for pressure linked equation (SIMPLE) were used to describe the flow turbulence. Furthermore, the structural dynamic equation was set up, which is solved by Newmark-β method. And several sort of wind-induced vibration coefficients such as the wind-induced vibration coefficient corresponding to the nodal displacement responses and wind loads were suggested. In the numerical simulation where the SGLV consisting of the cylindrical sectors with different curved surface was chosen as the example,the influence on the relative wind pressure distribution and structural wind-induced vibration responses of the closed or open SGLV caused by such parameters as the number of cylindrical sectors, structural curvature and the ratio of rise to span was investigated. Finally, some useful conclusions on the local wind pressure distribution on the structural surface and the wind-induced vibration coefficients of SGLV were developed.