不同地貌条件下对自然风高频湍流分量的观测

风力在速度与方向上的不稳定性可引发结构的振动并可导致损坏.由于气象资料取值周期较长而结构自振周期一般在秒的数量级,因此现有描述风不稳定性的数据常不符合结构动力分析的需要.本文观测记录了滨海、高山及城郊等不同地貌测点其风速、风向同时逐秒的变化.数据显示滨海测点风较稳定,高山测点在不同风向下所测风皆有一定程度不稳定性,而城郊测点风不稳定性较大.因此认为对于在不利地形条件下工作的结构应进行必要的风动力分析.     

识别不均匀测点的风荷载的本征模态分解法

应用POD法识别作用在结构表面的脉动风荷载的时频域特性。考虑到结构的表面比较复杂时，测点往往为不均匀布置，应用加权的本征模态分解法来识别作用在结构表面的风荷载。从而可利用识别的风荷载的时频域特性对结构进行时频域的动力分析。最后，通过对某结构的风洞试验数据进行分析来说明用加权POD法建立不均匀测点的降阶的脉动风荷载功率谱的可行性。     

某高层建筑风效应及其测点布置对风效应影响分析

为考察某259m超高层建筑表面风压、风致响应及测点布置对风效应的影响,对该高层进行了刚性模型测压试验。根据随机振动理论算得了该高层的风致响应。结果表明,该建筑最高居住层风致加速度响应在一定程度上超出了规范阈值,而结构顶部最大风致位移响应在规范允许范围内。通过对不同行列测点风压数据分析发现,除受周边干扰的部分区域外,同一列自上而下不同行测点风压数据呈平稳变化趋势,而同一行不同列测点风压数据则差别显著;分析不同测点层(列)取舍方式对动力响应的影响可知,适当减少测点层数对动力响应结果影响甚微,而减少测点列数则使动力响应出现较大变化,说明在风洞试验模型测点布置时,可适当增加测点行间距,并尽量控制测点列间距,以此来解决测点总数限制的问题。     

锥形涡诱导下正方形平屋盖风压特性

为揭示旋涡作用下的脉动风压功率谱特性和确立谱能量与旋涡运动或湍流尺度之间的演变关系,基于大跨屋盖结构风洞测压试验,以涡轴方向测点列和横风向测点列为研究对象,分析了来流非垂直于迎风墙面时3种不同来流工况(均匀流、格栅紊流和B类地貌)和3种不同风向角(15°、30°和45°)下正方形底面的平屋面风压分布和锥形涡涡轴的运动特征.分析结果表明,3种来流工况下屋面最大风吸力、最大脉动值均出现在屋面下三角区的迎风顶点附近.3种风向角下,30°时在迎风顶点附近锥形涡诱导的平均、脉动风压均达到最强.对于同一来流工况下,随着风向角的逐渐增大,涡轴与迎风前缘的夹角和再附作用范围均在逐渐减小.涡轴方向迎风点附近测点风压谱谱峰值与其对应的屋面风吸力成正比例关系:在高频范围内,测点风压谱相应频率对应的谱能量峰值越大,屋盖平均风吸力也越大;在低频范围内,相应频率对应的谱能量峰值越大,其脉动风吸力也越大.均匀流下涡轴方向各测点间的互相关性较弱,格栅紊流和B类地貌下测点间的互谱曲线呈现指数衰减模式.     

复杂体型大跨度结构表面风荷载的数值模拟

目的比较复杂体型大跨度结构表面风荷载的数值计算与风洞试验结果,分析研究大跨结构表面风压的分布特性.方法选用可实现的Realizable模型和非平衡壁面函数法,对武汉天河机场新建航站楼实际尺度的几何模型进行了不同风向角时风荷载的数值模拟.结果计算出了模型各个测点的平均风压系数,并与风洞试验数据进行了比较.在不同风向角时,除转角和悬挑屋檐部分,数值模拟值和风洞试验值的一致性比较高,测点的相对误差都在10%以内.结论用数值分析方法对机场航站楼这一复杂的大跨度结构表面风荷载进行数值模拟,其结果具有一定的参考价值.尽管目前数值模拟方法还不能取代风洞试验,但将其作为一种辅助手段是可行的.     

基于CFD的避雷针塔风速流场数值模拟

基于计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD),研究了南昌市某建筑物屋顶处避雷针塔在风荷载作用下的动力响应特征(Dynamic response characteristics)。结合流固耦合(FSI)功能,采用Midas NFX大型有限元分析软件,计算了在50 a一遇风荷载作用下该避雷针塔结构的水平位移;并通过设置不同的风向角,得到了在不同风向作用下避雷针塔杆件的位移量。最后,结合当地的主导风向,分析了120°风向角作用下结构的表面压力分布和速度分布,通过提取指定高度处节点应力,得到了指定高度处的压力系数。为该类建筑物在风荷载作用下的分析和设计提供具有实用价值的方法。     

塔式起重机塔身和起重臂的风载荷特征分析

定义风载荷系数表达式,完成塔机在均匀风场和B类风场下12个风向角的计算流体力学（CFD）数值计算,得到塔身和起重臂的体型系数、角度风系数和风压高度变化系数,并与国内外规范进行对比.结果表明：不同风向角下,塔身横风向风载荷可以忽略,而起重臂的横向风载荷必须考虑;塔身角度风系数计算方法与欧洲钢结构设计规范一致,但与我国起重机设计规范相差较大,建议以欧洲规范定义塔身角度风系数;塔身和起重臂角度风系数对风场特征不敏感;塔机气动外形的影响使得风压高度变化系数在不同风向角下不一致并表现出放大效应.塔机抗风设计可参考风载荷系数参数特征.     

以0.25s间隔对近地层风速风向的观测

为给出周期为0.5s的自然风脉动频谱,采用EN2型风速风向传感器及特制的EN型风数据记录仪,以0.25s为间隔对沿海及山地近地层风速、风向数据进行了测记。结果显示不同地貌上自然风在1s内有明显波动过程,风速在0.5s内可由9级增至10级,其动能及风压力增加0.36倍;风向在0.5s内可有39°变化。比较0.25s测值和1s测值,前者更能准确反映自然风脉动特征。     

数值模拟风荷载下低矮房屋屋架结构应力响应

为进一步指导建筑物结构防风设计的进行,将计算机数值模拟、风洞试验和工程算法有效地结合起来,运用大型有限元分析软件ANSYS 11.0对房屋结构进行有限元建模,将风洞试验各测点得到的风压值施加在有限元模型上,得到不同风向角下房屋结构对风荷载的应力响应,并重点对主承力屋架结构进行了工程强度校核。分析结果证明这种研究方法对房屋结构设计具有更直接的指导意义。     

随机时变结构横风向风振反应的振型分析法

本文分析了结构横向风振的机理和特点，提出了圆截面高耸随机时变结构横风向动力反应的振型分析法。     

大跨度光伏跟踪支架结构风振响应特性研究

为研究大跨度光伏跟踪支架的风振响应特性,以某平单轴跟踪式光伏支架为研究对象,分析其动力学特性,采用谐波叠加法模拟脉动风速时程,通过时程分析方法对支架进行风振响应研究并考察平均风速、光伏板倾角以及风向角对光伏跟踪支架结构风振响应的影响。研究结果表明:光伏跟踪支架自振频率较低且分布集中;所有支撑组件中,檩条风致位移响应最大,主梁和立柱位移响应较小;檩条顺风向长度上位移响应具有不对称性,主梁横风向长度上位移响应与自身结构对称性一致;结构风致位移响应随着平均风速、光伏板倾角、风向角的增大而增大;负向风荷载作用下,光伏跟踪支架风振响应更剧烈,光伏板倾角从25°增大到35°时,支架的刚度会迅速降低,横向脉动风对主梁和立柱的位移响应影响很大。     

斜拉桥的脉动风荷载数值模拟

风荷载是作用在斜拉桥上的重要动力荷载之一．基于数值模拟方法的风速时程曲线在桥梁结构风振分析中被广泛采用．笔者利用谐波叠加法模拟了风速时程样本．算例表明,计算结果与目标谱吻合良好,模拟精度、速度和计算稳定性均满足实际工程应用要求,证明了所用模拟方法的可靠性．利用足速时程数据,可以进一步对斜拉桥进行动力分析。     

考虑风速风向分布的干煤棚结构风振疲劳分析

针对大跨开敞式干煤棚结构在风荷载作用下易发生风致疲劳破坏的问题,基于干煤棚结构的多点同步测压风洞试验结果,结合Miner疲劳线性累积损伤理论,分别采用雨流法、等效应力法、等效窄带法和等效宽带法等时域与频域内多种方法,计算得到干煤棚网架的风致疲劳损伤结果. 通过建立风速风向联合概率密度函数,考虑煤棚所在地实际风速风向联合分布特性对风致疲劳损伤分析的影响,利用高强螺栓应力经验公式,估算网架结构球节点的疲劳损伤. 结果表明,等效宽带法是频域法中较精确的疲劳损伤计算方法. 与其他风向角相比,干煤棚网架结构在40°~60°斜风向作用下更容易引发疲劳损伤. 在考虑风速风向联合分布的条件下,螺栓球节点的年均累积疲劳损伤比杆件本身更显著.     

基于Vine Copula函数的风浪要素联合概率分布模型

随着全球气候变暖的加剧,极端气候现象发生的频率和强度均可能加大,这对海岸和近海结构的安全不利。基于中国东海的连云港海洋观测站实测风浪数据和Vine Copula理论,建立风浪要素中风速、波高、波浪周期、风向和波向五维随机变量之间的联合概率分布模型。采用极大似然法确定各风浪要素边缘分布模型参数,通过AIC信息准则和均方根误差RMSE进行拟合优度评价,由此建立风浪要素的边缘分布。采用带有基于残差的高斯似然函数的贝叶斯框架估计二维Copula函数的参数,结合AIC信息准则进行拟合优度评价并确定最优Copula函数。绘制最优联合分布概率密度图,与二维频率直方图进行对比以评价模型效果。采用Vine Copula函数建立多维联合概率模型并结合AIC值评价其拟合优度。研究结果表明：建立的Vine Copula模型可以较好地刻画风速、波高、波浪周期、风向和波向五维随机变量之间的联合概率分布。     

大跨柔性光伏支架结构风压特性及风振响应

大跨柔性光伏支架结构因具有良好的场地适应性和经济性而得到越来越多的应用。为完善此类光伏支架结构的抗风设计方法,通过对一种可变倾角的大跨柔性光伏支架结构进行刚性模型风洞测压试验,研究了光伏组件板面的平均风压和脉动风压系数在不同风向角和倾角组合下的分布特性以及全风向角下组件的极值风压变化规律,并给出了典型风向角下的脉动风压功率谱图。在此基础上,结合光伏组件的风压分布特点,采用ANSYS有限元软件仿真研究了该种柔性支撑光伏支架的风振响应并进一步计算得到了相应的风振系数。研究结果表明：在0°和180°风向角下,平均风压系数沿来流方向梯度分布且绝对值迅速衰减;随着风向角的增大,风压系数绝对值的最大值出现位置由迎风前缘向迎风端角部附近移动;光伏板面脉动风压分布与平均风压分布趋势类似;相比结构位移响应,钢索张力响应对风速变化不敏感,顺风向和竖向位移风振系数在U=8 m/s取得极大值,其值为2.11和1.98。本文可为光伏结构的抗风设计提供参考。     

高层建筑结构的抗风计算

本文提出了采用极值分布变换法统计最大平均风速的建议,给出了结构风振的计算方法,首次导出了Davenport风速谱所对应的结构风振反应统计量的解析式。文中求得了风振动力系数的精确解,并与荷载规范中的近似解进行了比较,指出了其误差和问题。最后在考虑了随机抗力的基础上,提出结构抗风可靠性的分析方法。     

大型风电机组振动分析和在线状态监测技术

风力机是一个刚柔耦合的多体系统，作用在风力机上的空气动力、惯性力和弹性力等交变载荷会使系统产生变形或振动，影响风力机的正常运行，严重时会导致风力机损坏，为此振动稳定性成为机组设计首要关注和解决的问题.从机组的振动原因分析入手，研究了主要振动源的动力学方程，对塔架进行了Campell共振图分析，用有限元分析方法计算出塔架的固有频率和振型，为机组设计提供了依据，通过在线振动监测手段验证了设计的有效性.     

高层建筑结构风振时程分析软件的技术研究

高层建筑风振舒适度已受到普遍关注,目前常采用规范的经验公式和风洞模型试验实测计算。但随着结构体系的复杂化及采用附加阻尼器减振技术的日益广泛化,进行结构的风振时程分析是更为简单直接和准确的分析方法。本文采用自回归滤波法技术,考虑三维空间相关性,对具有随机性的脉动风荷载进行有效的模拟;通过编制软件生成风压时程数据并自动输出至结构有限元软件进行风振时程分析,为高层建筑的风振控制分析提供了可行的方法;最后,将该风动力荷载数值模拟技术与动力时程分析技术相结合进行算例分析验证,经过对比研究表明该风振时程分析方法可应用于工程分析与设计。     

对大跨空间结构风振响应分析的初步研究

讨论了目前大跨度空间结构的现状及风振响应时程分析计算方法,并对目前存在的问题提出了解决的方法..     

悬索结构风振系数计算

本文利用改进的随机振动离散分析方法计算悬索体系在风荷作用下的方差响应，并由之定义其风振系数，最后对一椭圆形双曲抛物面索网体系进行了数值分析，给出了位移风振系数。