大跨度屋盖结构风压预测方法研究

为了弥补建筑风洞试验设备限制导致测量得到的结构表面风压数据不够密集的缺陷,本文分别采用目前使用较为广泛的两种方法即本征正交分解法(POD法)和人工神经网络技术(ANN)对大跨度屋盖结构上未布置风洞测压点位置的风压进行预测,并进行对比分析,结果表明两种方法在风压预测时是可行、有效的,但也同时存在着一定的不足之处.     

体育场环状悬挑屋盖脉动风压数值模拟

本文提出了预测悬挑屋盖上脉动风压的实用方法,用数值模拟中稳态计算得到的平均压力、平均速度和湍动能的分布计算大跨屋盖的脉动风压。以昆山体育场为例,通过数值模拟的平均压力系数、湍动能分布及脉动风压与风洞实验结果的比较,验证了用数值模拟方法预测环状悬挑屋盖脉动风压的有效性,并建议了需选用的合适湍流模型和参考点的风速。     

基于改进的神经网络的大跨度屋盖风压场预测

利用风洞实验测定大跨度屋盖的风压时,由于通常只能通过布置有限测点而获得有限的风压数据,因此采用准确高效的方法预测更多未知点的风压特性具有重要意义。本文在径向基函数神经网络的基础上,结合遗传算法和方差分析对大跨度屋盖的风压场进行了预测。引入整体度量估计作为遗传算法中适应度函数的估计,采用方差分析分解RBF的输出总方差,用求得的均方误差对RBF神经网络模型的权方差进行估计。将本文方法预测得到的大跨度屋盖的风压系数、升力系数等与实验结果和传统RBF方法预测结果进行了对比,并进行了误差统计分析。结果表明:本文方法预测的风压系数与试验结果符合良好,且均方误差小于RBF方法,平均相差约67.21%;在达到同样的收敛精度时,采用本文方法计算所需的时间要比传统RBF模型节省约40%。结合遗传算法和方差分析的RBF神经网络模型是预测大跨度屋盖风压场的有效工具。     

双曲面屋盖的平均风压特点

通过风洞模拟实验对双曲面形屋盖的平均风荷载特点进行了研究.文中给出了屋盖的平均风荷载随风向角改变的变化特点和规律,特别讨论产生这些特点的原因及其流动机理.结果表明,在所有风向角下,双曲面屋盖除了在位于下游的边缘的挑檐位置外,都是负压分布.局部负压最大值主要出现在迎风挑檐的边缘部分.虽然屋盖的局部负压峰值随风向角改变,位置和数值变化都很大,然而,作为屋盖整体,平均风压平均值随风向角的变化很小.有关结果为类似建筑项目的风荷载设计和相应规范的制定和修改提供了有用的信息和材料.     

大跨裙摆屋盖脉动风荷载特性数值模拟研究

以苏州太平金融中心大跨裙摆屋盖为对象,采用LES大涡模拟方法,模拟并分析屋盖表面脉动风压分布特性、脉动风压谱,以及脉动风压空间相干性等。结果表明:屋盖风压能量集中于迎风状态的低频部分,屋盖主体与主楼连接位置的角部区域在锥形涡的作用下会出现脉动风压增大现象;测点间脉动风压相干性随着频率及测点间空间距离的增大而减小,在高频处,其相干函数衰减到0.2以下,可近似认为不相干。     

大跨度开合屋盖的风致干扰效应研究

采用计算流体力学(CFD)方法,研究了在不同开合情况下,受单体干扰建筑影响时大跨度开合屋盖结构的风压分布规律及风致干扰效应.首先采用TTU试验数据和风洞试验数据验证了CFD方法的准确性;然后研究了施扰建筑在不同条件下,目标大跨度开合屋盖表面的风压分布规律.研究结果表明:随着干扰建筑物与大跨度开合屋盖间距增大,结构表面的...     

利用POD对双坡屋盖风压场预测

本文利用本征正交分解(POD)方法对双坡屋盖未布置测压点位置的风压时间序列进行了预测。采用线性插值及双线性插值得到预测点位置上的本征模态值。结构由原风压场协方差分析得到的主坐标和上述新本征模态值获得未布置测压点位置的风压时间序列。通过在时间域和频率域内比较预测出的风压与实测风压说明了POD在预测双坡屋盖风压场的有效性。     

大跨度双曲屋盖结构表面风驱雨压力分布研究

强风来临时常常伴有强降雨,雨滴在风荷载的作用下会对结构产生较大的撞击力,并产生了风驱雨作用,加剧了结构所受荷载。但荷载规范中对大跨度屋盖结构的抗风雨设计值尚未给出明确规定。本文采用数值模拟的欧拉-欧拉方法,研究了正方形、矩形、圆形、椭圆形等四种常见大跨度双曲屋盖表面在风驱雨作用下的平均压力分布,并与已有风荷载作用的风洞实验结果进行了对比。研究发现:风雨作用下最不利双曲屋盖投影形状为正方形,其次为矩形;在风雨联合作用下双曲屋盖表面平均压力受到雨压力、风吸力、风压力共同作用,且都是屋盖前端处平均压力系数较大,变化梯度较大。研究得到了不同双曲屋盖风驱雨作用下的平均压力系数及其变化规律,为类似结构的抗风雨设计提供了参考。     

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。     

三方柱表面风压脉动的时域特性

以三方柱模型实验结果为依据,讨论了建筑物表面风压脉动的极值分布情况。给出了压力脉动系数的定义,分别研究了排列方式、间距比、高度、尖角等不同因素对脉动压力系数的影响,指出时均压力系数绝对值较大的位置出现较大脉动压力系数的概率就低,并发现在间距比2．5－3．0间流场可能存在突变。详细分析了瞬间极值的时间特性,指出瞬间极值来得快,去得也快,只在极短的时间内作用于建筑物的表面,十分钟时距内大部分时间的瞬时压力都比瞬时极值小得多。     

脉动风压测压管路系统的动态特性分析

利用基于高精度的流体管道耗散模型所建立起来的传递矩阵方法分析了小管径测压管路的动态特性并做了试验对比 ,得到了非常满意的结果 ,同时用编写的程序对脉动风压测试中所采用的一些常用的加管路阻尼器的方法作了模拟计算分析 ,得到一些比较有用的结论 ,应用本文的方法可以精确分析测压管路的动态特性并可以将结果用于风洞试验多路脉动风压测试中信号畸变的修正     

流场物理特性在脉动风压系数估算中的应用

利用数值模拟技术计算脉动风压需要进行非定常瞬态模拟,计算量过大. 为了提高计算效率,文章根据准定常理论,用预测点高度的入口风速代替参考点高度风速,修正了Paterson、黄本才等人提出的脉动风压估算公式. 通过由CFD 模拟得到的独立柱支撑平板结构的平均风压系数、参考点风速、湍流动能等参数估算了其脉动风压系数,发现大多数工况下与风洞试验结果相吻合. 研究表明,可以利用定常模拟计算结果中获得的参数估算出脉动风压系数.     

本征正交分解技术在屋盖风压场重建与预测中的应用

给出利用本征正交分解(POD)对屋盖风压场进行重建和预测的研究结果.对一个双坡屋盖用同步多点压力扫描系统进行了风洞试验,根据POD技术采用前若干阶本征模态重建屋盖风压场.采用两种方案预测未布置测压点位置的风压时间序列.第一种方案中利用插值技术获得没有测压点位置的本征模态值.第二种方案对参考屋盖和需预测的新屋盖分别进行试验,结合由参考屋盖试验萃取的本征模态和由新屋盖试验的风压数据计算的主坐标,预测出新屋盖未知区域的风压时间序列.文中对风压场重建和预测的效果作了分析,而且比较了根据测量的风压数据和预测的风压数据所计算的屋盖风致响应.     

平屋盖风压分布的数值模拟

基于Reynolds时均N-S方程和RSM模型对平屋面的风压分布进行了数值模拟,在此基础上系统研究了风向角、跨高比、地面粗糙度、风速等因素对屋面风压分布的影响,探讨了结构周围流场的绕流特性,最后根据屋面的结构形式及风压分布特点将屋面进行分区,给出了屋面在不同风向角下的分区风载体型系数以供工程设计参考。     

大跨机库桁架屋盖结构原型动力特性的实验研究

通过对跨度为(100+150m)的机库桁架屋盖结构的现场环境激励结构动力特性测试,利用谱分析方法对实测数据进行了分析,得出了结构的自振频率和振型.采用结构分析软件Midas建立屋盖的空间模型,采用特征向量法,得到了该结构的动力固有特性.有限元计算结果与动力试验结果在前3阶基本周期有相同的差异,各自所对应的振型吻合较好.结果表明环境激励下识别出该屋盖的低阶模态,可作为该机库的有限元模型修正和健康监测的基础.     

大跨度桥梁空间脉动风场的计算机模拟

针对现有Deodatis方法模拟大跨度桥梁空间脉动风场中存在的计算量问题,通过对谱分解矩阵引入插值近似,减少谱分解的次数,从而提高该谐波合成法的计算效率,并节省内存花费,实现了对三维空间脉动风场的有效模拟。改进方法模拟的脉动风速样本仍保持各态历经性,且逐渐收敛到目标功率谱。用改进的Deodatis方法模拟了润扬长江悬索桥桥面主梁上作用的纵向脉动风速。结果表明,该改进措施对Deodatis方法的应用效果非常明显,改进的Deodatis方法模拟脉动风速样本的相关函数与目标相关函数均吻合良好。尽管改进后的Deo-datis方法对谱分解矩阵采用了插值近似,但模拟的随机风速样本仍具有很好的精度。     

大跨屋盖结构表面风向折减因子研究

为研究风向对屋盖表面风荷载的折减效应,选取风速检验方法对不同城市的实测风速数据进行了均一性修正;采用不同极值风速理论模型,计算各风向上不同重现期的极值风速,并对比分析了我国不同城市极值风速结果;结合实测风速数据和风洞试验结果,分析了不同屋盖几何特征、风速样本数量对风向折减因子的影响,给出了我国部分城市的风向折减因子。研究结果表明:与基于经典极值理论的Gumbel法相比,基于小容量样本理论的POT法所得的极值风速偏小12%左右;与日本规范相比,美国规范计算所得风向折减因子受屋盖的几何特征影响较大;可根据本文提出的最佳建筑朝向判别标准对结构进行优化设计。     

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。     

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．     

飞艇尾翼脉动压力特性实验研究

在中航气动院FL-9低速风洞中,进行了飞艇尾翼脉动压力特性实验研究。测量了尾翼的脉动压力,着重分析了各测量点的脉动压力系数、频谱和相关性系数等特性。结果表明:脉动压力系数由尾翼前缘向后缘逐渐增大。尾翼的中部和前缘脉动压力系数随迎角无明显变化,在迎角超过8°以后,尾翼后缘的脉动压力系数随迎角增大而急剧增加。连续变迎角测量结果与固定迎角测量结果相比,脉动压力系数产生了明显的迟滞特性。尾翼上表面脉动压力的自相关系数和互相关系数从前缘到后缘逐渐降低,且前缘表现出显著自相关性,下翼面脉动压力基本互不相关。