方形高层建筑风压脉动非高斯特性分析

通过风洞刚性模型动态测压试验对单体方形高层建筑脉动风压非高斯特性进行了研究.首先依据测点偏度和峰度及其概率密度函数图给出了高层建筑风压脉动非高斯特性的描述方式,然后分析了高层方形建筑脉动风压非高斯特性,最后给出了不同风向角下的非高斯区域.结果表明,风向角对结构非高斯特性的影响较大,对于直接受来流风作用的立面,其会同时出现正偏和负偏,而峰度值也相对较小,其主要以高斯区域为主,而受分离流和尾流综合作用的立面,该面均为负偏且峰度值相对较大,其主要以非高斯区域为主,当出现流体再附时,相应区域的负偏值会增大而峰度值则减小,导致非高斯区域过渡到高斯区域.     

连体超高层建筑风压偏度与峰度分布特征分析

在C类地貌中测得某连体超高层建筑的刚性模型风洞试验数据,基于测点风压的第三、四阶矩统计量计算出每个测点对应的偏度参数和峰度参数.计算结果显示:正面迎风时迎风面偏度和峰度的非高斯特性不明显,结构内侧、背面的偏度和峰度则表现出明显的非高斯特性;斜向迎风时,随着风向角的变化风场下游柱体的偏度绝对值和峰度有明显的增大趋势;结构表面有大量测点脉动风压服从强非高斯分布,需对这些测点的阵风因子取值进行专门研究.     

基于LPZ谱分析法的非高斯脉动风压模拟

提出一种基于线性预测和Z转换(linear prediction and Z-transform,LPZ)谱分析法的非高斯脉动风压模拟算法.运用Johnson变换系统实现高斯随机过程到非高斯白噪声的转换;再使用LPZ对其进行数字滤波,进而得到所需的非高斯脉动风压.采用基于LPZ谱分析法对单变量非高斯随机信号和非高斯脉动风压进行了数值模拟.通过对模拟的非高斯信号和脉动风压的统计参数(峰度和偏度)与目标统计参数,以及模拟的功率谱与目标功率谱进行比较,验证了基于LPZ谱分析法的非高斯脉动风压模拟算法的有效性.     

基于拟合优度法的薄板表面风压高斯特性判别

为了研究特殊部位、特殊风向中,薄板型结构表面风压对高斯特性的符合程度,采用拟合优度法对采样点风压时程序列进行检验分析.研究结果表明:薄板型结构顺风向情况下,迎风面大部分区域的风压属于高斯分布,但在"驻点"周围存在零散的非高斯区域,而背风面底部存在能量较高的小旋涡,因此其表面风压表现出明显的非高斯特性.横风向情况下,由于受到有组织旋涡的影响,大部分区域表现出明显的非高斯特性.拟合优度法可以直接获得判定结果,不需要人为判断,从而解决传统方法使用偏度、峰度等参数作为分辨参考依据时,无法给出确定结论的不足.     

低矮房屋屋盖风压概率特性实测研究

本文基于季风作用下的风速、风压实测数据,对足尺低矮房屋屋盖风压概率特性进行了研究,选取0°坡角下的现场实测数据,首先对屋盖风压的整体偏度、峰度分布进行了分析,进而利用Gamma分布、广义极值(GEV)分布及对数正态(Lognormal)分布和高斯分布对迎风屋檐角部部分测点的脉动风压时程进行概率分布拟合比较。     

围护结构非高斯风压时程的峰值因子

大跨屋盖边缘区域风荷载表现出明显的非高斯特性,为确定非高斯风压时程的极值风压,并与传统的风荷载理论所采用的峰值因子法相衔接,采用Hermite矩模型将非高斯风压时程变换为高斯时程,计算高斯时程的峰值因子,然后通过逆变换得到非高斯时程的峰值因子.通过对大跨鞍型屋盖的风洞实验数据进行处理,得到不同工况下屋面各测点的峰值因子,并对其特性进行系统分析.实测负向峰值因子与计算峰值因子的对比结果表明,计算峰值因子具有较好的计算效果.     

不同风场下低矮房屋风压的分形特性研究

为了研究不同风场下低矮房屋墙面的风压分形特性,利用分形理论分析风洞中A,B,C类风场下低矮房屋墙面的风压盒维数,对比分析了风压变异系数、风压系数功率谱与风压盒维数的关系.结果表明:风场类别的变化会引起风压盒维数的变化,背风面之外的3墙面风压变异系数的增大使得风压自相似性减小,风压盒维数减小;背风面风压时程的变化主要由漩涡脱落控制,风压自相似性相对更大,风压盒维数更大;风压系数功率谱的能量相对越集中,则风压时程的自相似性越大,风压盒维数也越大.     

洞庭湖大桥桥塔塔顶风场与风压特性试验研究

对岳阳洞庭湖大桥中塔塔顶风场和风压进行现场实测,得到了桥塔塔顶风压和风速、风向时程.分析了风场特性参数、塔顶风压分布、平均风压系数和脉动风压系数的变化规律.分析结果表明:迎风面各点平均风压系数变化趋势一致,迎风面脉动风压系数较大,背风面脉动风压系数相对较小,在同一面上脉动风压系数差别较小;塔顶周围风场平均湍流度较小且脉动风压系数是风场湍流度的2~3倍.     

低矮房屋风压时程的概率分布

对一低坡度的低矮房屋进行刚性模型测压试验,首先对其屋面的偏度分布进行了分析,进而利用概率图相关系数(PPCC)方法,对不同区域的测点风压系数时程和面积平均后的风压系数时程概率分布用Gamma分布、广义极值(GEV)分布及对数正态(Lognorm)分布进行拟合比较.试验结果表明:屋面在斜风向下各区域的偏度差别较大,其锥形涡的涡轴上偏度较小,小于0.50,而两翼偏度均大于1.50,最大的已超过3.00;偏度较小(小于0.80)的时程与对数正态分布吻合得最好,偏度较大(大于0.80)的时程与广义极值分布吻合得最好;随着偏度的增大(达到1.50以后),这三种分布和原始时程的概率分布误差越来越大;面积平均后的时程偏度都在0.50～1.50,和三种分布吻合得都很好.     

典型屋顶太阳能光伏板风压实测研究

对一栋多功能低层建筑平屋顶上的太阳能光伏板进行风压实测,根据风压时程特性选择适当的概率密度函数对各测点的风压系数进行非线性回归分析.运用6种概率密度函数对各测点的均值和极值(正极大值和负极小值)风压系数时程以及面积平均后的极值风压系数时程进行数值拟合,比较不同概率分布的拟合效果.回归分析结果表明:均值风压系数的概率分布近似无偏分布,t分布的拟合效果最好,其次是Logistic分布、正态分布、极值I型分布;负压极小值和正压极大值风压系数的概率分布分别为左偏分布和右偏分布,极值I型分布的拟合效果最好,其次是Lognormal分布和Gamma分布,而正态分布的拟合效果最差;最不利风压系数由极值负风压控制,即光伏板的风力由吸力主导;经面积平均后的最不利风压系数建议取值-2.3.     

大型户外独立柱广告牌风压分布特性

通过风洞试验,测量三面板和双面板两种独立柱广告牌模型的面板表面风压,研究其分布规律.讨论面板表面平均和脉动风压系数在不同风向角下的分布特性及随风向角的变化,以及面板表面典型测点脉动风压的频域特性.结果表明:各块面板表面的平均风压系数绝对值均随风向角的增加而逐渐减小;对于背风面板,面板边缘附近的平均风压系数绝对值及脉动风压系数要比面板内部区域大;在各个风向角下,单个面板两表面均存在风压的叠加或抵消效应;迎风面板外表面的脉动风压主频低于背风面板外表面脉动风压的主频,能量也较小,各块面板的内表面脉动风压频带均较宽,能量更小;广告牌立柱对于面板表面局部风压系数的影响较大.     

串列双方柱的风压特性及其流场机理

为了研究干扰条件下方柱的风压特性及其流场机理,以串列双方柱为研究对象,采用大涡模拟方法,在雷诺数Re=8×104、间距比P/B=1.1～5的条件下,研究了两个方柱的风压系数、气动力系数、风压非高斯特性、风压相关性随间距比的变化规律,重点探讨了双方柱流场特性及其与风压非高斯特性的内在联系.研究结果表明:随着间距比的增大,串列双方柱依次表现为3种流态,即单一钝体、剪切层再附和双涡脱流态,风压特性与流态密切相关.风压的非高斯特性和风压相关性随流态变化呈现为3种类型:在单一钝体流态下,柱间回流区附近的表面风压呈现明显的非高斯特性且风压相关性较强;在剪切层再附流态下,方柱尾流的涡脱强度低,风压相关性弱,但风压非高斯区域大;在双涡脱流态下,受上游方柱尾流旋涡的作用,方柱侧风面的风压相关性较强,下游方柱的侧风面和背风面出现大范围的风压非高斯区域.     

高层建筑屋顶广告牌风压分布特性

通过对广告牌沿高层建筑屋顶单边布置、邻边布置、三边布置及四周布置这4种方式的刚性模型测压试验,测量了广告牌面板表面风压,研究了其分布规律,讨论了面板表面典型测点脉动风压的频域特性.结果表明:来流方向与广告牌面板表面斜交时,不同布置方式的广告牌面板表面平均风压系数及脉动风压系数均比较大,并且面板边缘附近的数值要比面板内部区域大;不同布置方式的广告牌面板表面极值风压系数分布不同,单边布置时出现最大极值风压,而四周布置时极值风压最小;对于由多块面板组成的屋顶广告牌,相邻面板之间出现气动干扰.     

基于大涡模拟超大型冷却塔施工期 风荷载时域特性分析

现有冷却塔风荷载研究成果均忽略了施工期的影响,以国内在建世界最高220 m超大型冷却塔为对象,基于大涡模拟(LES)方法获得了施工期冷却塔周围流场信息和三维气动力时程,并将成塔平均风压分布结果与规范及实测曲线进行对比验证了数值模拟的有效性.在此基础上,对比分析了冷却塔施工期平均风压分布规律和流场特性,并基于不同工况下冷却塔周围速度和涡量变化提炼出施工期流场特性与作用机理,揭示了施工期冷却塔脉动风压、极值风压、升/阻力系数及测点间相关性的分布规律,最终基于非线性最小二乘法原理给出了随高度变化的极值风压拟合公式.研究结果表明,端部效应的影响使冷却塔负压极值随施工高度增加由-3.91升至-1.75后降至-2.28,升力系数随施工高度增加逐渐减小,而阻力系数呈先减小后增大的趋势,脉动风荷载的相关性随高度变化先增强后变弱.主要结论可供此类大型冷却塔施工期设计风荷载取值参考.     

典型双坡屋面风压分布特性风洞试验研究

通过表面压力测量风洞试验对低矮建筑的4种典型双坡屋面上的风压分布规律进行了研究.讨论了屋面和挑檐部分的平均和脉动风压系数在不同风向角下的分布特性,风场湍流强度对屋面脉动风压分布的影响,以及不同挑檐类型对双坡屋面风压空间分布的影响.试验结果表明:在屋脊及屋面边缘附近的平均风压系数绝对值要比屋面内部区域大;脉动风压系数随湍流度增大而增大,一般在迎风屋檐附近比较大;挑檐形式的改变仅对局部风压系数的影响较大,对整体风压系数的影响较小.这些结论为低矮建筑风荷载规范条文的修改提供了参考.     

大跨拱形结构等效静力风荷载

基于计算流体动力学(CFD)方法和有限元动力时程分析法,数值模拟脉动风特性,获取脉动风速时程,以此作为数值风洞模拟的入口边界条件.运用FLUENT软件对大跨拱形结构进行脉动风作用下结构的非稳态分析,得到作用于结构的时程风压荷载;运用ANSYS分析软件进行结构的风振响应计算,分析获得了基于结构风振响应时程的等效静力风荷载.提出多目标等效静力风荷载加权组合系数的定义,计算获得了大跨拱形结构的多目标等效静力风荷载,并验证了其计算精度.研究结果表明,在基于该方法所得等效静力风荷载作用下,结构静力响应计算结果与风振动力时程响应极值吻合.     

岷江上游河谷土壤粒径分形维数及其影响因素

运用土壤体积粒径分维模型计算了岷江上游河谷土壤粒径分形维数,分析了分形维数的空间变化特点及其与粒度组成、粒度参数和铁游离度等之间的关系.土壤粒径分形维数空间分布与气候、植被环境有关.分形维数可以反映粒径大小.分形维数与粒度标准偏差和峰度不存在相关性,样品粒度特征主要受原位母质风化影响.铁游离度(Fed/Fet)与分形维...     

二维矩形截面柱体气动力系数雷诺数效应

在TJ-2风洞中,测量了5种截面宽厚比(B/D为2.0,2.5,3.0,3.5和4.0)的二维矩形截面柱体的表面风压时程,雷诺数(Re)的变化范围为1.1×105~6.8×105,然后通过风压时程积分的方法获得了模型的气动力系数时程.研究了各模型气动力系数的雷诺数效应,分析了模型的平均阻力系数随截面宽厚比的变化规律,并与以往的研究成果进行了对比,最后分析了各模型的气动力系数功率谱随雷诺数的变化规律.研究表明,宽厚比2≤B/D≤4的二维矩形截面柱体的气动特性受雷诺数的影响,且随着截面宽厚比的增大,二维矩形截面柱体模型的气动特性对雷诺数越来越敏感.尾流区的旋涡脱落对模型顺风向脉动风荷载有一定程度的贡献,但横风向升力主要来源于尾流的漩涡脱落.     

硬化非高斯模型及其在首次穿越中的应用

提出了一个硬化非高斯过程的首次穿越概率计算方法.对比研究了Winterstein硬化模型、正交展开模型以及四阶矩标准化函数在硬化反应阶段的适用范围与精度.结果表明:四阶矩标准化函数精度最高,适用于峰度系数不小于2.333的应用场合;正交展开模型精度高于Winterstein硬化模型,适用范围分别为峰度系数不小于1.25和1.0的应用场合.基于硬化非高斯过程的峰度系数取值,以四阶矩标准化函数、正交展开模型以及Winterstein硬化模型为体系建立了首次穿越概率计算方法.最后,以硬化非高斯风压为例,验证了本文方法在首次穿越中的应用的可行性.     

非规则高耸佛像的风洞试验及风振系数

以新疆西王母像为工程背景,对非规则高耸佛像进行了测压风洞试验,建立了复杂的三维钢骨架有限元模型,计算了结构的动力特性,并利用ANSYS参数化设计语言,编制了能够精确求解非规则高耸佛像风振响应的程序.在此基础上,通过风洞试验所得的风压系数,计算得到254个测点的荷载时程向量,并加载至有限元模型,计算了30个风向角下佛像各关键测点处的风振系数.研究结果表明:风洞实验所得的风压系数时程数据的精度较高,可以满足佛像风振系数的计算要求;对于非规则高耸佛像,其自振频率分布密集,基阶振型不是主控振型,不能直接采用《规范》所建议的风振系数,而应重新计算;风向角的变化对佛像风振系数的影响十分显著,应对最不利的风向角进行抗风验算.