深圳市建筑室内外脉动风特性实测研究

利用现场实测的方法对深圳市某办公建筑室内外的自然风脉动特性进行研究,经实测数据的统计分析,得到建筑室内外的平均风速、湍流强度、湍流积分尺度及湍流的谱特性等脉动风特性.分析结果表明：处在建筑群冠层的平均风速、湍流积分尺度、湍流能量要高于城市密集层的值;建筑室内出风口的湍流强度比进风口处的略大,说明出风口处的脉动特征较为明显;建筑室内的进、出风口振幅能量不同,而频率波动的近似一致性,说明风的振动频率随着空间尺度稳定传递.     

台风作用下网壳结构的风振响应分析

网壳结构的大空间曲面形状特点使得其在台风作用下的风振响应比较复杂,为了克服尺寸效应的影响,得到网壳结构表面风荷载分布规律,在计算流体力学(CFD)和FLUENT技术的基础上,利用常规湍流强度、田浦湍流强度以及石沅湍流强度的计算方法,对某组合网壳结构进行了台风作用下风场的数值模拟,通过分析其表面风荷载分布特性和不同风向攻角作用下组合网壳结构的表面风荷载,确定了组合网壳结构的风压分布规律、表面风压系数分布,最后得到网壳结构的风敏感部位,可以为工程前期抗风设计提供参考。     

近地边界层台风观测及湍流特征参数分析

通过近海岸测风塔获取了台风达维(0518)、珍珠(0601)、派比安(0606)登陆过程中10m高度三维脉动风速数据,对近地10m高度平均风特性和湍流特性进行了分析和研究。基于台风观测结果,分析了不同来流方向和地貌状况下,风剖面指数值、摩擦速度、湍流度和阵风因子等湍流参数及其相关性。分析结果表明: 摩擦速度与平均风速呈正相关,摩擦速度随平均风速增大而增大;风剖面指数值随平均风速增大而减小;各方向湍流度随平均风速增大而减小;阵风因子与湍流度呈线性关系。通过拟合实测湍流参数相关性,提出了10m标准高度台风湍流度、阵风因子的计算式,可为台风多发区域低矮房屋的抗风设计提供参考.     

中、美、澳荷载规范关于脉动风特征的规定，

结合中国、美国、澳大利亚三国规范中的相关规定,对脉动风湍流强度、湍流积分长度以及脉动风速功率谱进行了比较.对比分析表明:由中国规范推导出的湍流强度远远小于美国、澳大利亚规范的相关规定;中国规范选取的湍流积分长度不随高度变化,而美国、澳大利亚规范选取的湍流积分长度随高度的增加而增加,在相同高度处,中国规范所选取的湍流积分长度值介于美国、澳大利亚规范之间;在一般建筑物自振频率范围内,中国规范所采用的脉动风速功率谱谱值比美国、澳大利亚规范规定的谱值大.     

中欧风荷载规范比较研究

从基本风压、风压高度变化系数、湍流度、脉动风速功率谱等方面,分析对比了中欧风荷载规范中影响风荷载特性的主要参数,总结了两种规范的风荷载计算方法,为工程设计人员提供参考。     

低矮房屋风荷载实测研究(Ⅰ)——登陆台风近地边界层风特性

基于可移动双坡屋面实验房及测风塔获取的"苏迪罗"、"彩虹"、"凯萨娜"和"芭玛"等台风登陆期间的三维脉动风速数据,对近地边界层平均风特性和湍流特性进行分析。分析结果表明:近地100m范围内平均风速剖面符合对数律和指数律分布,平均湍流度剖面符合指数律分布;与良态季风条件下相比,摩擦速度、地面粗糙度长度、平均风速剖面指数α值相对变大,平均湍流度相对增大20%以上;湍流度与阵风因子相关性与Ishizaki实测结果一致;纵向、横向和竖向三湍流分量的竖向相干函数衰减指数为16.82、7.23、3.69;离地3.2m高度处各向湍流分量的功率谱值大于10m高度功率谱值2倍以上,在低频范围各向湍流分量含能量相对要大,湍流功率谱高频段下降相对较快,在惯性子区各湍流分量的功率谱的分布显著偏离"Kolmogrove-5/3"律。     

住宅小区风环境数值模拟

建立了某典型住宅小区风环境的物理和数学模型,并应用计算流体动力学方法求解了三种来流角度下的稳态三维湍流流场,给出了速度、压力、湍流度参数的分布;分析了街区涡流、巷道风及活塞风等效应,研究了风压作用下建筑群的迎风及背压区,讨论了湍流入流边界对合理湍流分布的作用;比较了不同来流角度下五个观测点位置的风环境参数。     

大跨度屋盖风压分布实测研究

近年来,围绕大跨度空间结构的风场特性研究、风振研究逐渐成为土木工程学科的热点研究方向,虽然取得了不少成果,但大多是建立在数值模拟分析基础上,少量学者进行了风洞试验研究。虽然风洞试验可以方便地模拟不同工况条件下的风环境和结构风振响应,但在真实建筑与模型相似比问题上又会使试验结果与真实数据之间存在一定误差,鉴于此,通过实测手段采集到了大跨度空间结构屋盖上方的风速、风向和风压数据,并基于实测数据,对其风荷载的湍流强度、积分尺度、阵风因子、风压分布、风速风向联合分布等指标进行了细致分析,分析结果真实可靠。     

吹风对舒适性影响的主观调查与客观评价

调查了１０６人对各种吹风方式的评价。讨论了自然风与机械风的湍流强度、速度分布、频谱参数的不同。探讨了这些差异产生的原因及其与吹风舒适性的关系。     

台风作用下低矮房屋屋面角部峰值压力实测研究

通过研制的可移动平坡屋面实验房及台风测试系统,开展了近地登陆台风风场和房屋表面风压现场实测,主要研究近地边界层登陆台风风场特性和低矮房屋风效应。主要根据1003号"灿都"台风的实测风速和风压数据,研究近地台风风场湍流特征和屋面角部峰值负压。分析来流方向不同地貌状况和台风不同区域的近地10m高度的湍流度、阵风因子、湍流积分尺度等湍流特征参数;探讨实验房屋面角部区域风压分布特征和角部区域峰值压力时间和空间的平均效应。在斜向风作用下迎风屋檐角部边缘区域测点具有较大的峰值负压和脉动风压,实测最小峰值负压为-4240.0Pa,峰值负压系数最小值为-13.5,风压系数概率分布为非高斯分布。评估了来流不同湍流强度和湍流积分尺度对角部区域风压的影响。并运用非高斯峰值因子极值分析方法对角部区域峰值负压进行极值分析,最后将角部区域风压系数的实测值及极值分析值与现行ASCE 7-10规范规定值进行比较,现行ASCE 7-10规范相对低估其屋檐角部边缘区域的峰值负压系数。     

Turbulence intensity on catenary contact wires due to parapets placed on a double track bridge

In this paper the experimental results on the turbulence intensity levels at the catenary contact wires due to the presence of parapets placed on the sides of a double track bridge are presented. Both solid and porous parapets are tested, and the influence of angle of attack, parapet height, parapet porosity, bridge deck height, end eave length is also investigated. The turbulence intensity is obtained from measurement of wind speed using hot wire anemometry at bidimensional models placed at the wind tunnel. To show the effect of the several parameters on the experimental data, the results are referred to the turbulence intensity of the bridge without any parapet by defining a reduced turbulence intensity. Experimental results show that, if the parapet wake acts on the catenary contact wire, the turbulence intensity at catenary location grows. Therefore, when angle of attack or parapet height increases, the turbulence intensity at catenary contact wire generally also increases. Addition of eaves to parapets amplifies the influence of the windbreaks on the catenary contact wires. Porous parapets reduce the turbulence intensity at the windward catenary, but deteriorate flow characteristics at the leeward catenary contact wire location.     

北京郊外近地面风场特性实测研究

基于北京延庆县某一近地风剖面观测点,观测获得了近地面冬季季风剖面实测数据,研究了近地风剖面的平均风速和风向角、湍流度、阵风因子、相干函数、湍流积分尺度和功率谱密度等风场特性参数,并与现行欧洲、美国、日本等相关国家规范进行了对比分析。研究结果表明：实测风速沿高度的变化规律除3.5m高度外,12.5m高度范围内实测结果与各国规范值基本符合;随着高度的增加,湍流度和阵风因子呈逐渐减小的趋势;实测湍流度结果与欧洲、美国、日本等相关规范湍流度取值较为接近,而与GB 50009-2012《建筑结构荷载规范》差异较大;10m高度范围内顺风向、横风向湍流积分尺度随着高度增加而增大,随着平均风速增大而增大,实测湍流积分尺度结果与国外规范值存在一定差异;随着测点间距增大,竖向相关性的衰减系数明显增大,且实测衰减系数结果与Davenport建议的衰减系数有明显差异;10m高度范围内各高度处的实测功率谱密度曲线基本一致,与已有经验谱有一定差异,但与Devenport谱接近。     

Wind turbulence characteristics study at the Stonecutters Bridge site: Part I—Mean wind and turbulence intensities

Hong Kong is situated in the typhoon belt thus major civil engineering structures such as tall buildings and bridges are exposed to very severe gusty winds caused by a direct hit once every few years. Stonecutters Bridge in Hong Kong is a cable-stayed bridge having a colossal central span of 1018 m. The dynamic action of gusty wind on the bridge therefore needs careful consideration. A study into the turbulence characteristics at the bridge site has therefore been initiated with the objective of deriving a model of turbulence suitable for buffeting calculations of slender structures. To this end, Highways Department of Hong Kong Special Administrative Region (HKSAR) erected a 50 m high meteorological mast at the bridge site and commissioned wind tunnel experiments employing a 1/1500 scale terrain model. Part I of this paper will focus on the study of mean wind and turbulence intensities. Part II will focus on the other turbulence characteristics including wind power spectra, integral length scales and wind coherences.     

湍流度对人体周围流场及舒适性的影响研究

用计算流体力学（CFD）数值方法以实际空调办公房间为研究对象,在4种不同工况下,对室内流场分布和人体的舒适性进行了模拟和分析。结果表明：在低风速和低湍流度的进风口气流下,人体由于新陈代谢在头部上方产生最大速度为O．2445m／s的上升气流;在4种工况下,人体对风速为1．35m／s,湍流度为32．6％的近似自然风感觉最好,为办公室人体舒适性研究提供了一定的依据。     

温州地区近地强风特性实测研究

为研究我国沿海地区的近地强风特性,基于设置在温州大学的风场观测点(离地约30m高),对台风“海鸥”影响温州时的风场状况进行了监测,获取了台风期间近地风场的实测数据。通过对台风影响过程的风速和风向、湍流度、阵风因子、湍流积分尺度、脉动风速功率谱密度函数和空间相干性等参数的分析,研究了台风“海鸥”影响温州时的近地风场特性。结果表明：台风“海鸥”的湍流度和阵风因子较大,顺风向和横风向湍流度接近;顺风向与横风向湍流积分尺度的均值分别为70.4m和66.6m;实测风速谱与von Karman谱基本符合;实测两点的脉动风速空间相干系数在零频率处与Shiotami经验公式计算结果一致。     

山地风场特性及其对输电线路风偏响应的影响

山地风场的复杂性和显著的三维特性是困扰山区输电线路抗风设计的关键问题。该研究采用CFD数值模拟与风洞试验相结合的方法研究典型单山脉地形和双山脉峡谷型地形的三维平均风场和脉动风场特征。由于风洞试验测点数及试验风速的限制，输电线路沿线各点的三维平均风场基于CFD数值模拟得到。由风洞试验获取山脉地形的湍流度、湍流积分尺度、沿线路方向的衰减系数等脉动风场参数，在此基础上采用POD法重构生成输电线路沿线各点的三维脉动风速时程，并分析比较跨越峡谷、山脊的输电线路沿线风场特征。建立连续三跨输电线路有限元模型，采用时域法研究山地风场特性对输电线路风偏响应的影响。研究结果表明：山顶、峡谷处风速显著增大，且气流爬坡将导致局部位置产生上升气流；由于近地风场加速效应的影响，沿山脊布置的输电线路全档风偏响应增幅较大，跨峡谷输电线路其爬坡段风偏响应增幅较大；上升气流主要使导线竖向风偏位移增大；山地地貌下考虑脉动风速的影响，绝缘子串风偏角风振系数宜取1.2~1.3。该研究为完善山区输电线路的抗风偏设计提供借鉴。     

近地面与超高空台风风场不同时距湍流特性对比分析

基于台风“海鸥”、“凤凰”、“蔷薇”和“莫拉克”的近地面风场和台风“凡亚比”、“鲇鱼”和“狮子山”的超高空风场实测资料,进行了近地面和超高空台风风场不同平均时距(3 s、1 min、10 min和60 min)台风湍流特性的对比分析,研究了边界层台风风场的湍流特性及其与平均时距的关系。研究表明：台风风场的平均风速、风向角随平均时距的增加逐渐趋于平稳;1 min和3 s平均时距风参数能较好地反映平均风速、风向角、湍流度和阵风因子尤其是风速较大时的脉动性和变化规律;近地面与超高空台风风场的不同时距平均风速的离散性和平均最大风速之间的比例相差较大;随着平均风速的增大,近地面与超高空台风风场不同时距湍流度和阵风因子的变化规律与离散性相差较大;日本风荷载规范(AIJRLB-2004)公式基本适用于我国沿海超高空台风风场顺风向湍流度的估计;当平均时距小于10min时,随着平均时距的减小,近地面和超高空台风风场的顺风向湍流度均比横风向减小得快;超高空台风风场的3 s时距顺风向湍流度均值略小于横风向,近地面台风风场的3 s时距顺风向湍流度均值大幅小于横风向。     

紊流风特性参数对矩形结构表面平均风荷载的影响

为了得到风特性参数变化对结构表面风压分布的影响规律,在风洞中采用格栅紊流,分别形成了紊流强度相同但积分尺度不同与积分尺度相同但紊流强度不同的几种局部紊流风场,以此来研究紊流风特性参数对矩形结构表面风压分布规律的影响,并给出了考虑这些影响的修正公式。结果表明:紊流强度增大会使矩形结构表面正压区体型系数增大,负压区体型系数绝对值减小;正压区风压变化规律与结构尺度无关,负压区体型系数除了受来流紊流强度影响外,还存在明显的尺度效应;紊流积分尺度增大会使矩形结构表面体型系数绝对值也增大,但不同区域变化幅度没有规律,很难进行统一修正。