开洞口索穹顶结构的风压特性研究

基于CFD(计算流体动力学)方法研究开洞口索穹顶结构的风压特性。在不同风速和风向角作用下,对索穹顶结构在不同位置上单一开洞、以及结构底面、顶部同时开多个不同形式洞口的平均风压分布进行了系统研究,通过对模拟结果的分析,得到了不同开洞形式的索穹顶结构的平均风压系数分布规律。结果表明,开洞穹顶结构的风压特性与开洞形式、位置和风向等有着重要关联。研究成果为开洞索穹顶结构的抗风设计提供了可靠的理论参考。     

墙面开洞所致低矮房屋屋面局部风压特性研究

对体型比为1.5∶1∶1的双坡屋面低矮房屋表面风压进行了数值模拟,模拟结果与同体型比的低矮建筑风洞试验结果对比的表明:所提数值模拟方法能较好地反映低矮建筑表面风压的分布,由其得到的表面风压与风洞试验结果吻合较好。以风向角为变量,深入研究了墙面开洞面积及位置对低矮房屋屋面局部风压的影响规律。结果表明,房屋墙面开洞对屋面外风压影响较小;不同墙面开洞工况对屋面风压的影响与来流风向密切相关,迎风墙面存在单一洞口时,内压与外压联合作用会显著放大其屋面风荷载。我国荷载规范在规定存在洞口的低矮房屋抗风设计时,尚需考虑风致内压的影响。     

低矮房屋风致干扰效应研究

采用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)数值模拟方法,对低矮双坡屋面单体房屋屋面的局部风压进行了数值模拟,并将模拟结果同风洞试验结果做了对比,验证了数值模拟方法在模拟低矮双坡屋面房屋屋面风压方面的准确性和可靠性。此外研究了两栋同体型双坡屋面房屋的风致干扰效应,综合考虑了不同排列方式、布置间距以及风向角的影响。结果表明:该类房屋的迎风挑檐最易受风致干扰影响,且并列布置下干扰效应最为明显,错列布置次之,并列布置则较弱。为考虑放大的干扰影响,定量给出了房屋屋面风压增大部位的干扰系数,以供同类房屋抗风设计时采用。     

多个主开洞的低矮建筑风压特性研究

研究多个主开洞的低矮建筑风压特性对于其抗风意义重大,但目前此类研究有限。依托CFD数值模拟计算平台,研究单面多个主开洞和多面多个主开洞的低矮建筑的风压分布特性。研究典型低矮建筑在单面多主开洞和多面多主开洞时,不同风速和风向角下的表面平均风压变化规律。分析得到多个开洞建筑的洞口位置、洞口数量和分布对平均风压系数的影响规律,发现单面多个主开洞和多面多个主开洞的低矮建筑的风压分布特性。对于多面多个主开洞建筑,发现并提出"通口效应"的存在。研究成果可为多个主开洞低矮房屋的抗风设计提供参考。     

强风下不同高度低矮建筑间干扰效应研究

以往研究已经认识到相对高度对低矮平屋面建筑风荷载分布有着直接的影响,但双坡屋面房屋气动特性与之存在差别。为研究相对高度对双坡屋面建筑风荷载分布与风致干扰效应影响,以2016年莫兰蒂台风登陆东南沿海某地区实测强风数据为基础,采用计算流体动力学方法,对不同高度的两栋低矮建筑与该地区不规则低矮建筑群模型的屋面风荷载进行数值模拟,并研究其风致干扰效应。研究结果表明:对于两栋低矮建筑,当高度比小于2时,随着高度比的增加,受扰房屋背风屋面负风压系数绝对值减小。在迎风屋面上,当高度比大于1时屋面风压为负,且随着高度比的增加迎风屋面负风压系数也随之增大。对于此不规则低矮建筑群,60°为抗风最不利风向角。整体上,高度增加的房屋其屋面负风压系数出现增大,高度不变的房屋屋面负风压系数减小。     

周围建筑群对大跨穹顶屋盖的风致干扰效应研究∗

大跨穹顶屋盖的风荷载会受到周围建筑群的影响,然而目前的规范中给出的风荷载并没有考虑此影响因素, 本文研究了周围建筑群的建筑布置形式和建筑面积密度对大跨穹顶屋盖的风致干扰效应及其作用规律。运用计算流体力学(CFD)方法中的雷诺时均方法定常计算屋面平均风压,其中采用指数率风速剖面定义平均风速,采用重组化群 k?ε 湍流模型模拟湍流特性,并与风洞试验结果进行对比验证了数值模拟方法的准确性。通过在数值风洞中建立大跨穹顶结构与干扰建筑群的组合模型,考虑五种建筑布置形式、四种建筑面积密度和 0°~360°风向角, 分析穹顶屋面各区域在典型风向下和最不利风向下的风压系数和干扰因子,研究不同的建筑布置形式和建筑面积密度引起的干扰效应。结果表明,当来流上游和下游均有干扰建筑时屋面风压急剧缩减,当来流两侧有干扰建筑时屋面风压显著放大;考虑建筑布置形式,穹顶结构相对的两侧有干扰建筑是最不利布置形式,其中屋面的中心区域和紧邻干扰建筑的区域是干扰效应最剧烈的屋面区域,在结构设计中需要重点关注;干扰效应的程度与建筑面积密度成正比,屋面区域风压的“放大效应”和“缩减效应”均会随建筑面积密度的增大而加剧。本文的研究结果可为大跨穹顶结构的抗风设计提供依据。     

带不同洞口低矮房屋屋面风压的数值模拟

为研究开洞低矮房屋在台风环境下的破坏机理,基于ANSYS软件,采用SST k-ω湍流模型对体型比为1.5∶1∶1的封闭、单一洞口及两个洞口的低矮房屋模型的屋面风压分布及变化规律进行数值模拟研究,研究结果与同体型比的实测房屋及风洞试验结果对比表明:数值模拟结果与实测及风洞结果基本吻合,验证了SST k-ω湍流模型研究低矮房屋表面风压的可靠性;两洞口的屋面平均净风压系数与封闭房屋比较接近,单一洞口的位置对平均内风压系数的影响较大,其中迎风面出现单一洞口时,屋面净风压系数绝对值最大,在台风作用下最容易破坏。结果可为国内低矮房屋设计提供有价值的参考。     

平面局部凸出的双坡房屋表面风压特性分析及体型优化研究∗

以计算流体动力学和大气边界层基本理论为依据,对平面局部凸出的双坡野营房屋表面风压分布特性展开研究,在此基础上对其建筑外形进行合理的优化。研究过程中运用Fluent软件对模型进行分析和计算,并将数值模拟与TTU实测的结果进行对比,进而确定数值风洞的相关参数。将我国野营房屋使用的功能要求以及人体活动所需的空间尺度等作为依据,在此基础上建立模型,并在风向角、辅助建筑相对尺寸和建筑平面布置形式等的变化下,计算分析房屋表面的风压分布规律,最后将结果归纳为房屋的风荷载体型系数,以便抗风设计使用。进一步将房屋表面风压的平均值、极值和标准差作为优化目标,对平面局部凸出的双坡野营房屋的体型进行优化,最终得到该类型房屋风作用最小的合理建筑外形,以提高其抗风性能。结果表明:轻型双坡野营房屋因自身凸出的辅助建筑的存在,建筑周围的气流运动会受到影响,从而使建筑表面风压分布规律发生变化,更会出现主体建筑局部风荷载体型系数发生变号的现象,鉴于以上情况,可知辅助建筑对建筑表面风压的影响在抗风设计中必须予以重视。     

围护结构风荷载的尺寸折减效应研究

风荷载是控制围护结构设计的主要荷载,工程中常常直接采用围护结构上的测点风压极值的最大值进行围护结构设计.但作用在结构上的风压并不是完全相关的,这导致围护结构上不同部位的脉动风压产生的作用效果在一定程度上相互抵消,总的风荷载作用效果将随围护结构尺寸的增大而减小,这种现象称为围护结构风荷载的尺寸折减效应.本文简要总结和比较了目前研究围护结构风荷载尺寸折减效应的方法,介绍了相关研究成果.     

风场和周边环境干扰对高层建筑平均风压的影响

就风场和周边干扰对高层建筑平均风压的影响进行了研究。结果表明:风场类型对高层建筑平均风压有较大的影响,当高层建筑无周边建筑干扰时,绝大多数情况下,不同场地类别的平均风压系数由大到小依次是B类、C类、D类;周边干扰对高层建筑平均风压的影响与干扰建筑所处位置有关,当干扰建筑位于高层建筑斜前方时,高层建筑迎风面的平均风压系数减小,当干扰建筑位于高层建筑来流斜下游时,高层建筑背风面的平均风压系数绝对值可能增大。     

363kV快速真空断路器电场计算

高电压等级开关设备的绝缘水平严重影响设备的安全运行和开断能力,因此在研发高电压真空断路器时需要分析其电场分布。以363 kV快速真空断路器设计结构为原型,建立三维有限元电场计算模型,分别计算了额定电压下闭合和开断工况下的电场分布,分析了灭弧室、绝缘子以及主要金具表面的电场大小。结果表明:均压环表面电场最大值为1.92 MV/m,绝缘子表面最大值为0.36 MV/m,开距20 mm时灭弧室断口电场最大值为3.5 MV/m,其他部位电场均处于控制范围内,断路器总体结构设计合理,满足绝缘要求。     

低矮建筑间的气动干扰因子效应风洞试验研究

低矮建筑通常都是成群出现的,周边建筑对被包围建筑的风荷载存在干扰效应,但多数国家荷载规范中都没有关于低矮建筑间气动干扰效应的研究.通过刚性模型表面测压风洞试验对被同类周边建筑所包围的平屋面低矮建筑表面风压系数进行了测量,分析了不同周边建筑的建筑面积密度和相对高度下被包围建筑平屋面上的最大局部负风压系数及最大升力系数的干扰因子.     

下击暴流下单立柱三面式广告牌风压特性研究∗

基于计算流体动力学理论,采用雷诺平均方法对下击暴流作用下单立柱三面式广告牌结构风压分布进行三维数值计算。首先,通过模拟下击暴流风场风剖面验证计算模型及参数准确性。然后,主要分析径向距离和风向角对广告牌风压分布特性的影响。数值结果表明：径向距离和风向角对广告牌风压分布特性有较强影响,当结构置于 R=0D_jet时,广告牌内外表面均承受较大压力;而 R=1D_jet时,广告牌各面板所受压力达到最大值,然后随径向距离逐渐增大其数值不断减小。随风向角不断增大,广告牌各面板前后叠加风压系数逐渐增大,广告牌迎风面风压系数分布由不对称逐渐转变为对称分布,受高压区域面积也随之逐渐增大。     

某带钢塔高层建筑结构风致动力特性分析

采用计算流体动力学中的非稳态分析,对某带钢塔高层建筑工程所处的区域风场进行计算,获得了作用于其表面的时程风荷载,再将荷载施加到该结构的有限元模型上进行动力响应分析。再对不同钢塔基频与场地风向角等因素下的风致动力性能与位移响应能量密度谱进行分析。研究结果表明,当钢塔基频与主体结构基频相近时,钢塔尖部的位移值达到最大,鞭梢效应最为强烈;不同风向角时塔尖位移迥异,由位移响应极值确定的最不利风向角为135°工况。塔尖位移响应频谱特性对建筑群的互扰效应与风向角的变化较为敏感,并会对结构的振动响应产生影响。当旋涡脱落频率与结构频率接近时会引起钢塔较大的耦合振动,设计时应注意避开不利环境,减小风致动力响应。     

局部火灾下正放四角锥网架中杆件约束效应分析北大核心CSCD

基于改进的正放四角锥网架结构在非均匀温度场中的数值分析模型,建立了147例数值分析模型。借助ANSYS软件的热力耦合数值分析功能,得到了网架结构高温力学特征量数据库,从杆件纵向变形与杆件应力历程的角度,研究了局部火灾下杆件间的约束效应分布规律,同时研究了温度场非均匀性、荷载比、网格尺寸对杆件约束效应的影响规律,研究表明,在局部火灾下,网架结构斜对称轴上中间位置处腹杆受到的轴向约束最强,表现为压应力增加;垂直于斜对称轴方向的杆件表现为拉应力增加;杆件轴向约束程度随温度场非均匀性的增强及网格尺寸的减小而增大;在结构高荷载比情况下,温度场非均匀性和网格尺寸对杆件轴向约束的影响尤为显著。     

局部火灾下正放四角锥网架中杆件约束效应分析

基于改进的正放四角锥网架结构在非均匀温度场中的数值分析模型,建立了147例数值分析模型。借助ANSYS软件的热力耦合数值分析功能,得到了网架结构高温力学特征量数据库,从杆件纵向变形与杆件应力历程的角度,研究了局部火灾下杆件间的约束效应分布规律,同时研究了温度场非均匀性、荷载比、网格尺寸对杆件约束效应的影响规律,研究表明,在局部火灾下,网架结构斜对称轴上中间位置处腹杆受到的轴向约束最强,表现为压应力增加;垂直于斜对称轴方向的杆件表现为拉应力增加;杆件轴向约束程度随温度场非均匀性的增强及网格尺寸的减小而增大;在结构高荷载比情况下,温度场非均匀性和网格尺寸对杆件轴向约束的影响尤为显著。     

盐城响水化工园区“3·21”危化品爆炸事故爆炸威力分析及灾害后果评估∗

为分析盐城响水化工园区"3·21"危化品爆炸事故的爆炸威力,通过对爆炸现场进行勘察以及对事故资料进行系统的收集和梳理,基于爆坑尺寸、质点震动速度和建筑物毁伤半径等一系列关键参数,运用3种不同方法综合计算出此次爆炸的等效TNT当量为340 t。通过进一步归纳分析爆炸灾害现场周边建筑物分布和损伤破坏特点,结合爆炸冲击波传播规律以及相关规范手册,评估此次爆炸对建筑物和人员的毁伤后果。评估结果表明:此次爆炸冲击波作用下的人员死亡半径为227 m;人员安全半径为573 m;建筑物摧毁半径为265 m;建筑物安全半径为1 626 m。     

海岛环境条件下超长灌注桩温度光纤监测研究∗

为了弥补传统监测手段的不足,更好地掌握海岛环境条件下超长灌注桩温度分布规律,采用了布里渊光时域反射（BOTDR）技术,在海岛环境条件下将光纤温度传感器安装在灌注桩上,对气温变化下 116 m 长的灌注桩进行了长期温度监测试验。监测结果表明：本次用于超长灌注桩桩体温度测量的光纤传感器均存活,说明传感器布设工艺的合理性,同时从测试结果来看,光纤温度传感器基本上没有受到外力的干扰;采用 DB5 小波对光纤测试数据进行降噪;从桩体温度变化曲线来看,海岛环境条件下的超长灌注桩桩体温度变化非常复杂,桩头位置温度变化量最大,随着深度增加,温度变化量逐渐减小,至 18 m 深度处温度基本不发生变化;桩体温度场的变化存在时间效应。     

阶梯型大跨屋盖结构风荷载数值模拟研究

以某阶梯型体育馆为研究对象,基于CFD数值模拟方法,利用RNGκ-ε湍流模型对阶梯型大跨屋盖风荷载进行了研究,并与风洞试验结果进行对比分析,得出阶梯型大跨屋盖结构表面的风压分布及变化规律,为此类复杂体型的大跨结构抗风研究提供依据。结果表明:1CFD数值模拟技术可用于实际结构风荷载的分析研究;2阶梯型屋盖高度差对屋盖表面风压系数有较大影响,高度差较小一侧,屋盖迎风面分块区域的平均风压系数呈负压,高度差较大一侧,屋盖迎风面分块区域的平均风压系数为正压;3此类阶梯型大跨结构屋面风压分布主要以吸力为主;4阶梯型屋盖屋檐处的风压系数较转角凹处小,需对风压系数较高的位置做好预防措施。     

基于性能的结构抗风设计理论框架

提出了基于性能的结构抗风设计理论框架,将风压强度划分为4个设计风压等级(弱风压、中风压、强风压及超强风压),将人体振动舒适度划分为6个等级(无振感、轻微振感、中等振感、烦恼、非常烦恼和无法忍受)、三种振动水平(与人的舒适感相关的振动水平、与人正常工作和操作有关的振动水平、与人的生理健康直接相关的振动水平)。结合不同类别建筑物的性能需求及人体振动舒适度的要求,将结构风振性能水准划分为4种状态(性能健康、性能亚健康、性能病态及性能丧失),将结构风振性能目标划分为5个等级(A、B、C、D、E)。提出了结构抗风概念设计与计算分析的一般原则,给出了结构性能抗风安全性评价及社会经济评价基本内容的建议。