风雪共同作用下大跨度双曲屋盖数值模拟研究

“风致雪漂”运动可能会造成建筑物倒塌，威胁到人身财产安全，因此风雪的共同作用在设计大跨度结构时是不能忽略的。本研究采用欧拉-欧拉方法，基于k-kl-ω湍流模型，选择的大跨度双曲屋盖结构的投影形状有4种，分别为矩形、正方形、椭圆形以及圆形，研究在风雪流共同作用下风向角不同时这4种结构屋盖表面的风致积雪压力系数曲线图和积雪分布系数云图，并进行了对比分析，得到积雪分布规律。结果表明：风致雪漂作用下4种形状屋盖结构表面风致积雪压力系数比单独风作用下的平均压力系数大；4种屋盖结构表面的风致积雪压力系数最大值出现的位置不同；风向角对屋盖表面的风致积雪压力有很大影响，当风向角不同时，屋盖表面压力从大到小的排列顺序依次为矩形、椭圆形、正方形和圆形屋盖。     

大跨度脊谷式膜屋盖风载分布的实验研究

基于台州某风雨操场脊谷式张拉膜屋盖缩尺模型风洞试验的数据结果,选取典型测点,研究了屋面迎风前缘、过渡区及中轴区的平均风压和脉动风压系数的分布特性。同时,鉴于屋盖的不规则曲面造型,表面风压梯度变化较大,采用单一体型系数反映屋面风载已不能满足要求。文中在结合屋盖自身复杂体型和风压分布特征基础上,按各榀各边片将屋面划分为不同区域,对5个不利风向角下的区域体型系数进行统计分析,并给出各区域体型系数建议取值。最后,针对这类体型屋盖特点和风压分布特性,得出一些结论和建议,为进一步研究该类屋盖的风荷载特性和结构抗风设计提供了依据。     

群集建筑中大跨裙摆屋盖风荷载特性的数值模拟研究

以苏州太平金融大厦为工程背景,针对其大跨裙摆屋盖的风荷载作用,首先采用RNG k-ε模型模拟分析了其平均风压分布规律,以及风向变化对屋盖表面风荷载体型系数的影响;其次,引入干扰因子IF,探讨了周边建筑对大跨裙摆屋盖风荷载的气动干扰作用。结果表明:0°风向下,走廊上方屋盖两侧区域出现“上吸下顶”的叠加作用;90°风向下屋盖北侧飘带末端区域受到狭道风效应出现正压集中现象;风向变化对大跨裙摆屋盖的风荷载体型系数分布影响较大;且周围建筑物对大跨裙摆屋盖的气动干扰效应明显,主要表现为风压“遮挡效应”,而局部区域表现为风压“放大效应”。     

连拱式大跨悬挑屋盖抗风气动措施研究

本文对连拱式大跨度悬挑屋盖进行了数值风洞试验,分别探讨了在屋盖悬挑前缘增设通风孔、导流板以及同时布设导流板与通风孔这三种气动措施对悬挑屋盖表面风荷载的影响及其作用机理．研究结果表明,同时布设导流板与通风孔的综合气动措施,能显著影响屋盖结构前缘气流的分离,从而减小屋盖的表面风压,并可减弱屋盖的风致振动．在此类屋盖结构设计中,运用综合气动措施可有效降低屋盖整体的升力系数与弯矩系数,对该类屋盖抗风设计较为有利．     

开槽对大跨悬挑平屋盖结构风荷载的影响

本文结合一大跨悬挑平屋盖模型的风洞试验研究，分析了此类结构屋盖的平均局部体型系数和极值局部体型系数的分布特性；并根据其风压的分布特性，提出在悬挑屋盖承受较大负压的屋檐和角点附近这些遇强风易发生破坏的部位采取开槽气动抗风措施，进一步研究了该气动抗风措施对大跨悬挑平屋盖结构风荷载的影响，试验结果显示，它们可以有效地削减屋盖风敏感处的风荷载值，使平均局部体型系数大约降低50％，极值局部体型系数大约降低25％，所得的这些结果对于结构的抗风设计有一定的指导意义。     

湿下击暴流作用下建筑立面雨压分布特性的数值分析

下击暴流作用于建筑物将产生严重破坏,虽然其引起的风荷载已有较多研究,但均局限于无降雨的干下击暴流作用情况。目前,已有研究表明风雨环境下的建筑风驱雨(wind-driven rain,WDR)可能产生较显著的雨压荷载,因此对有降雨的湿下击暴流作用下建筑立面WDR雨压开展研究十分必要。基于建筑WDR数值模拟方法,引入欧拉多相流模型,采用RNG k-ε湍流模型封闭求解N-S方程,模拟求解湿下击暴流的建筑WDR场,侧重考虑建筑距风暴中心位置及雨强变化的情况,分析迎风面WDR雨压分布特性并与干下击暴流作用下的纯风压进行比较。结果表明:随着建筑远离风暴中心,雨压存在先增大后又减小的现象;迎风面沿竖直中心线上同处的雨压可达纯风压的20%,且迎风面较大风压、雨压均出现在建筑底部位置,因此湿下击暴流风压与雨压联合作用将比较显著,需要考虑其对建筑的影响。     

以Lanczos向量直接叠加法确定圆拱顶屋盖风致响应

提出以Lanczos向量直接叠加法确定大跨屋盖结构的风致响应。传统的模态叠加法中无法保证精确计算的特征向量一定能够参与动态响应。与传统模态叠加法不同,在生成正交的Lanczos向量算法中只产生在荷载展开式中有较大参与系数的向量,并用于后续的模态叠加法之中。产生第一个Lanczos向量的空间向量来自于屋盖风压场的本征正交分解(POD)。利用同步多点压力扫描技术对一个圆拱顶屋盖进行了风洞试验。利用所提出的方法分析了屋盖风致响应,并与传统方法以及采用平均风荷载作为空间向量的Lanczos向量直接叠加法进行了比较,说明了本文方法的有效性。     

大跨脊谷式索膜航站楼风荷载特性风洞试验研究

脊谷式索膜屋盖因其独特的曲面造型,屋面的风压分布复杂,风敏感性强烈。为深入研究这种屋面的风荷载特性,基于岳阳三荷机场航站楼大跨脊谷式索膜屋盖缩尺模型风洞测压试验,研究了大跨度索膜屋盖的风压分布特性。试验结果表明,脊谷式屋盖风压以负风压为主,屋盖角区部分极值风压较大且变化梯度大,其他部位的极值风压较为平稳。随跨度增大,角部区域风压极值明显大于规范取值。根据屋盖体型及风压分布试验结果,对屋盖进行了局部区域划分,并给出了区域体型系数建议值。     

体育场阶梯型悬挑屋盖风荷载数值模拟研究

基于CFD数值模拟方法,采用RNG k-ε湍流模型对某体育场阶梯型悬挑屋盖风压进行了模拟研究。分析了屋盖风压分布特性及风向对风压的影响;并且考虑周边建筑对风场的扰动影响,引入风压系数干扰因子IF量化分析了周边建筑对体育场屋盖风压分布的气动干扰效应。结果表明:此类阶梯型大跨屋盖主要受风吸力作用,屋盖檐口、角部区域的风压系数量值较大;0°和180°风向角下平均风压随测点位置变化趋势大致相同,风压在台阶转折处发生突变;屋盖各区域的风载体型系数对风向角的敏感程度存在较大差异;周边建筑对屋盖风压主要起遮挡效应,对屋盖某些局部区域的风压起放大效应。     

大跨屋盖结构风振响应主要参振模态确定方法研究

合理选取主要参振模态是保证大跨屋盖结构风振响应计算精度的关键问题。本文以模态空间分布与风荷载空间分布相关性强弱作为选取主要参振模态的依据,考虑到屋盖结构表面风荷载分布的不确定性,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,首先实现对高阶参振模态数量的缩减。在此基础上,结合低阶参振模态,通过对模态响应方差矩阵的简化处理,构造了其等效矩阵,根据等效矩阵中对角线元素定义了模态参与系数,通过该系数能够方便的实现对主要参振模态的选取。最后,通过国家体育场屋盖主结构的风振响应分析对所提出方法的有效性进行了验证。     

基于风洞试验的不同坡度多跨锯齿屋面风压特性研究

多跨锯齿屋面因其具有跨度大、结构轻盈的特点成为典型的风灾易损结构。目前国内规范对锯齿屋盖的风荷载规定较为粗略,简单给定了统一的风压系数参考值,在实际工程应用中具有一定的局限性。本文以某4跨锯齿房屋为研究对象,通过风洞试验测试了15°、21°、26°、30°和40°等5种不同屋面坡度对锯齿屋盖风压特性的影响。试验结果表明,我国建筑结构荷载规范GB 50009-2012关于锯齿屋面的负风压系数绝对值明显偏小,锯齿屋面最不利均面积负风压系数随着坡度的增加逐渐从高屋角(HC)区转移到屋面边区(SE),且与HC区相反,SE区内的最不利负风压系数绝对值随角度增加而增大;锯齿中间B、C跨最不利均面积负风压系数始终出现在HE区,其绝对值随角度增加而增大,而尾跨D则出现在SE区,且随角度增加而减小;屋面最不利极值负风压系数为-9.6,随着屋面坡度的增大,屋面的最大极值负风压系数绝对值逐渐减小。此外,以各坡度屋面负风压系数的分布为依据,给出了不同屋面坡度范围和不同跨屋面风压系数分区划分建议。     

Nonlinear buckling analysis of hyperbolic cooling tower shell with ring-stiffeners

This paper is concerned with a numerical solution of hyperbolic cooling tower shell, a class of full nonlinear problems in solid mechanics of considerable interest in engineering applications. In this analysis, the post-buckling analysis of cooling tower shell with discrete fixed support and under the action of wind loads and dead load is studied. The influences of ring-stiffener on instability load are also discussed. In addition, a new solution procedure for nonlinear problems which is the combination of load increment iteration with modified R-C are- length method is suggested. Finally, some conclusions having important significance for practice engineering are given.The Project Supported by National Natural Science Foundation of China.     

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采用CFD数值模拟技术,对处于C类地貌风场中由3栋建筑形成的单列 建筑群进行静力风荷载和风场的数值模拟. 数值模拟采用良好适应性的非结构化四面体单元 进行网格划分,侧重模拟分析了各风向角下建筑间距的改变引起面平均风压系数的改变,由 此得到了此类群体建筑表面风压系数干扰因子在各风向角下随建筑间距变化的分布规律和特 征.     

Stress analysis of hyperbolic shells of revolution with non-axisymmetrical geometric imperfections

In analyzing hyperbolic shells of revolution with non-axisymmeteric imperfections, an approximate method based on simulating the effect of imperfections by the application of fictitious normal pressure loading on the perfect shell is investigated. In the analysis of a shell of revolution with a bulge-type imperfection under non-axisymmetric loads, an efficient algorithm of applying the method is developed: the effect of individual curvature errors on stress resultants and couples are separately considered, while the interactions among various curvature errors are properly treated in the analysis by an iterative procedure. This algorithm avoids repeated analyses for non-axisymmetric loads and may be implemented with a purely axisymmetric analysis capability.A hyperbolic cooling tower shell with a bulge-type imperfection is analyzed under dead load and wind load conditions by the equivalent load method. A direct analysis of the imperfect shell is also made by a specialized finite element program. Through numerical studies, the accuracy and applicability of the equivalent load method are examined.     

开洞口煤仓风致积雪数值模拟及雪荷载不利分区研究

风雪共同作用下开洞口煤仓网壳表面雪压不均匀分布,对网壳结构安全性极为不利,且我国《建筑结构荷载规范》和《火力发电厂圆形贮煤仓施工技术规范》并未明确规定此种结构的雪荷载,故模拟研究了此种更接近实际煤仓选型的结构表面积雪侵蚀和沉积量的变化情况。运用FLUENT计算流体力学软件,基于Euler-Euler的方法,分析了不同风向角、积雪厚度和吹雪时间对开洞口煤仓表面积雪侵蚀量和沉积量的影响,结果表明,风向角和积雪厚度对煤仓表面积雪变化量影响较大,随风向角和积雪厚度增大,煤仓中心部位垂直来流风方向的积雪侵蚀量显著增大。将数值模拟所得结果与规范进行对比,发现此类结构并不适用于我国规范给出的屋面积雪分布系数,故提供煤仓表面最不利积雪分布系数分区图,为煤仓表面雪荷载设计提供依据。     

杭州大剧院风压分布的风洞试验研究

杭州大剧院外观造型新颖独特，由一个近似为椭球的双曲面屋盖和一个倒置的圆锥面玻璃幕墙相交形成大剧院的主体建筑的外轮廓．本文结合该主体结构的抗风设计要求，制作了1：200刚性模型进行结构表面脉动风压平均风压分布的风洞试验研究，详细介绍了风洞试验及数据处理方法，讨论了在不同风向角下椭球面屋盖和圆锥面玻璃幕墙的风压分布．为了便于整体结构设计，本文根据结构的实际情况对椭球面和圆锥面进行分块并给出相应的分块风压数据，最后根据各风向角下的风压分布特征给出了整体结构抗风设计的最不利风向角．     

Buckling of cooling tower shells with ring-stiffeners

With the stability analysis of hyperbolic cooling tower shells with ring-stiffeners, our paper proposes the linear pre-buckling consistent theory. The numerical result shows that this linear analysis method is very effective and practical in engineering, for its precision of computation is up to the level of the nonlinear analysis when it is used for the study of critical loads of the hyperbolic cooling tower which is mainly governed by wind pressure and for the study of the effect of some other factors concerned in design on the buckling of shells. Based on that, we have obtained a series of conclusions which will greatly benefits the engineering design when discussing the effect on the critical wind loading of the shell which is caused by the following factors such as the position of rings, the number of rings and the dead weight.     

风机叶片涂层雨蚀研究

研究了风电叶片在雨水冲击下的失效过程,利用有限元方法建立雨水冲击的数值模型,分析了雨滴的冲击角度、直径、涂层性能等对涂层受力的影响,并对双雨滴及四雨滴耦合模型进行了研究。结果表明:风雨耦合流场中叶片最大载荷在叶尖处,涂层的冲击受力与雨滴冲击角度和雨滴直径的大小呈正相关。低模量涂层能大幅降低涂层受冲击时的拉伸应力,小幅增加其压缩应力。同一平面内的双雨滴耦合时,拉伸应力受影响的范围较大,压缩应力受影响的范围较小。不同高度差下的双雨滴耦合中,随着高度差的增大,材料拉伸和压缩应力都呈现先增后减的趋势,其中压缩应力随高度差的变化幅度明显大于拉伸应力。四雨滴耦合时压缩应力对间距的变化更加敏感。涂层失效的过程主要为:涂层表面拉应力疲劳产生微裂纹;液压渗透引起裂纹扩展,涂层质量减少,表面粗糙度增加;表面小范围破坏后形成的凹面结构促进涂层的失效。     

具有基础隔振器结构在风载激励下的振动响应分析

具有分段线性特征的随机振动系统能借助于马尔柯夫扩散过程理论精确积分，并由此产生多维分布密度及统计量，本文应用这种协方差分析法确定具有基础隔振器的高层建筑在脉动风和平均风共同作用下结构响应统计量和多维分布密度。