基于分离涡方法的TTU标准低矮建筑风压特性研究

本文以TTU标准低矮建筑模型为研究对象,分别采用Standard k-ε、RNG k-ε、Realizable k-ε以及分离涡模型对低矮建筑周边风场进行数值模拟.为较好满足大气边界层的自保持性要求,对RANS模型底部和顶部边界条件进行修正,确保建筑物与大气相互作用时来流条件基本保持不变,并由新的湍流脉动流场生成方法DSRFG模拟风场的湍流边界条件.在定常与非定常风场下分别计算分析不同湍流模型下低矮建筑周围的风场及风压分布规律,并将数值模拟结果与WERFL实测数据以及TJ-2风洞试验数据进行对比,验证了计算结果的可靠性.结果表明:RANS模型能够模拟出结构周围流场的一般特性,但对流场的湍流特性模拟效果不佳;相比RANS模型,分离涡模型能够较好地模拟出流场的湍流分布及结构背风处涡旋的分离脱落情况,模拟结果可为低矮建筑抗风设计方法提供论证依据.     

几种常用风谱模型的对比研究

正确模拟脉动风场的前提是获得适当的脉动风功率谱的表达式.本文列举了目前风工程中普遍采用的五种风谱模型,从能量分布和风速时程的特点对以上谱模型进行了对比.本文还对在风场模拟中起关键作用的气动导纳函数和相关函数进行了讨论,浅析了两者在风场模拟中对不同风谱的影响.     

基于分离涡方法的超高层建筑风荷载研究

本文以CAARC标准高层建筑模型作为研究对象,采用standard k-ε、RNG、Realizable、大涡模拟及分离涡模型,由新的湍流脉动流场产生方法DSRFG模拟风场的湍流边界条件,在定常与非定常风场下分别计算分析建筑周围的风压分布规律,探讨了不同湍流模型对超高层建筑风场及风压分布的影响。将模拟计算结果与风洞试验数据进行对比,验证了计算结果的可靠性。结果表明:RANS模型能够模拟出结构周围流场的一般特性,但对流场的湍流特性模拟效果不佳。大涡模拟模型与分离涡模型能够较好地模拟出流场的湍流分布及结构背风处涡旋的分离脱落情况。在脉动风压系数的分布中,分离涡模型相比大涡模拟模型计算精度更高。     

阻塞率对表面风压系数影响的数值模拟

以同济大学T J-2风洞模拟的缩尺比为1∶50的B类风场为目标,给出了基于标准k-ε湍流模型的数值风场.作为数值风场的一个应用,对TTU模型的定常绕流进行模拟,并与风洞试验以及现场实测结果进行比较,重点探讨了阻塞率对表面风压系数的影响.结果表明:对于TTU模型的屋顶和背风面,阻塞率增大可导致风压系数绝对值有增大趋势;对于TTU模型的迎风面,由计算域侧面引起的阻塞率增大,导致风压系数有减小趋势,而由计算域顶面引起的阻塞率增大,则导致风压系数有增大趋势.     

山区峡谷高墩刚构桥施工期风荷载研究

为确保高墩大跨钢构桥在山区峡谷中的施工安全,对高墩大跨度悬臂现浇桥受风荷载的影响进行研究。根据山区峡谷的地形数据建立峡谷的三维数值模型,基于计算流体力学进行峡谷风场数值模拟;并通过现场实测风速修正峡谷计算模型,并利用计算流体力学软件模拟计算峡谷风场中桥梁表面的风压值、风速值等风场特征。     

风场中高层建筑结构风压及动力响应的数值模拟研究

采用计算流体动力学软件CFX对CAARC高层建筑刚性模型的风荷载进行了数值模拟,采用多场求解器MFX联合ANSYS与CFX对风场中的CAARC弹性模型进行了数值模拟,最终得出该模型在风场中的位移时程曲线。该方法对于考虑流固耦合的工程问题有普遍借鉴意义。     

两种AR模型模拟空间相关性风场的比较

风场模拟中广泛应用的AR模型主要有标量过程的AR模型和向量过程的AR模型.通过取数学期望的方法,可以得到标量过程AR模型模拟空间相关性风场所采用的参数,但该参数并未考虑时滞的情况.向量过程AR模型建立在联合平稳的假设之上,可以很好地综合考虑各点的空间相关性,且回归系数矩阵包含时滞的影响,可以考虑较长时间范围内各点风速时程的时间相关性,从理论来说,要相对完善一些.本文算例表明,向量过程AR模型所模拟的风场精确度总体上要高于标量过程AR模型所模拟的风场,但也存在所模拟风场各点的自相关函数偏差大和总体运算时间多等缺点.     

OpenFOAM模拟风洞边界层风场

使用开源CFD软件OpenFOAM进行了风洞边界层风场的模拟,通过模拟一方面验证了采用开源CFD软件OpenFOAM进行计算风工程模拟的有效性,另一方面也对模拟结果中边界层风场的特性进行了一定的讨论。     

基于DIT-FFT优化WAWS法的接触网风致响应分析

牵引供电系统的可靠性主要决定于接触网的可靠性,在大风区段,接触网的可靠性受风荷载作用影响较大,有必要对接触网风效应进行分析.接触网风场的模拟是时域法研究接触网风效应的前提,为了快速有效地模拟接触网的风场.基于接触网的基本特性,以Davenport谱为目标谱,对比目前已有的不同模拟方法,选取按时间抽取的快速傅里叶变换(DIT-FFT)优化的谐波合成法(WAWS)来模拟风场.通过该方法模拟一段3跨4柱接触网上7个不同点的风场,对比模拟得到的风场的功率谱和目标功率谱十分接近;分析风速时程的统计特性可得两者的均值和方差相差都很小,说明该方法能够有效模拟接触网的风场;计算时间比未经优化的谐波合成法减少34倍.最后利用ANSYS仿真分析了接触网在模拟风场作用下的动态响应,得到了接触线跨中的横向和竖向位移以及接触线张力随时间变化的规律.     

大跨球面屋顶结构周围风场数值模拟研究

基于计算流体动力学(CFD)中的大涡模拟(LES)技术,应用经典的Smagorinsky亚格子模型对三维大跨球面屋顶结构在大气边界层风剖面环境内的风场进行了数值模拟。数值算例显示,三维球面屋顶结构周围的流向速度场(U)和竖向速度场(W)分布十分复杂,基于CFD数值计算的大涡模拟方法可以随时间精细、稳定和有效的刻画球面屋顶结构周围复杂的三维风场分布。     

任意排列两方形断面高层建筑风致干扰机理研究

风致干扰效应是高层建筑群抗风设计中的常见难点问题之一。采用刚性模型测压试验,研究了均匀层流和两种大气边界层风场条件下任意排列两方形断面高层建筑的风致干扰效应,通过平均和脉动基底弯矩系数的干扰因子、风力系数、风压系数分布以及风荷载功率谱的研究,解释了其风致干扰效应的机理。结果表明,任意排列的两方形断面高层建筑风致干扰中,至少存在横风向静力干扰、顺风向静力干扰和横风向动力干扰三个值得注意的干扰区域。 窄道形成的加速效应使受扰结构上形成指向施扰建筑横风向平均吸力和阻塞形成的受扰建筑的横风向平均推力;遮挡效应使得受扰建筑承受指向位于上游的施扰建筑的顺风向风力;漩涡叠加增强位于尾流区受扰建筑上的横风向脉动荷载。不同风场的试验结果表明,提高来流的紊流度有助于减弱上述干扰效应。     

高层建筑风致扭转荷载的干扰效应研究

在相邻建筑物的干扰下,受扰高层建筑的风荷载与其在孤立状态下相比会有较大的变化。本文采用动态测力天平技术,通过模型风洞试验研究了方形截面高层建筑在周边另一个同样建筑的气动干扰下,其平均、脉动和峰值扭转风荷载的干扰效应,分析了建筑物间距、风场和风向角等参数的影响。研究表明,高层建筑扭转荷载的干扰效应很显著,B类风场0°风向角下,峰值扭矩干扰因子IFp可达2.1,45°风向角下更可高达3.5。最后通过分析受扰模型的基底扭矩谱讨论了上游建筑旋涡脱落的影响。     

双塔建筑风荷载狭缝效应的数值研究

对双塔建筑进行了风荷载和风场的数值模拟,计算得出了建筑周围的流场分布和建筑表面各测点的风压,并着重讨论了双塔建筑物之间的狭缝效应,结果表明,并列布置时,干扰作用只发生在相邻建筑物的侧风面,对相邻建筑物的迎风面影响很小,干扰作用的大小与建筑物的间距有关。     

上海久事大厦风流场和风压分布数值模拟

用数值模拟方法预测了上海久事大厦周围的风流场 ,并将建筑物表面平均风压的数值模拟与风洞试验结果进行了比较研究 ,两者结果吻合。同时进行了上海久事大厦周围高层建筑干扰影响的研究 ,并给出了湍流物理模型的建议。研究表明 ,先进的数值模拟和仿真技术应用于实际高层建筑风工程是可行的     

基于风洞试验的双塔楼超高层建筑风荷载与风致响应

当超高层建筑的高度和间距都比较接近的时候,相互的干扰效应对结构的表面风荷载与结构的风致响应都会产生较大影响。基于刚性模型表面测压风洞试验,得到了双塔楼超高层建筑表面各测点的风压时程。在此基础上,通过数据处理,得到结构的三维动力风荷载模型,进而分别采用频域法进行结构动力响应分析。最后,通过分析结构表面风荷载与风致响应,研究了塔楼之间的干扰对结构风荷载的影响以及对结构风致响应的影响,结果表明:当双塔连线与来流方向平行时,三维风荷载和风致响应都会明显增大,干扰效应影响十分明显。     

Interference effects on wind loading of a row of closely spaced tall buildings

Interference effects on a row of square-plan tall buildings arranged in close proximity are investigated with wind tunnel experiments. Wind forces and moments on each building in the row are measured with the base balance under different wind incidence angles and different separation distances between buildings. As a result of sheltering, inner buildings inside the row are found to experience much reduced wind load components acting along direction of the row (x) at most wind angles, as compared to the isolated building situation. However, these load components may exhibit phenomena of upwind-acting force and even negative drag force. Increase in x-direction wind loads is observed on the upwind edge building when wind blows at an oblique angle to the row. Other interference effects on y-direction wind loads and torsion are described. Pressure measurements on building walls and numerical computation of wind flow are carried out at some flow cases to explore the interference mechanisms. At wind angle around 30° to the row, wind is visualized to flow through the narrow building gaps at high speeds, resulting in highly negative pressure on associated building walls. This negative pressure and the single-wake behavior of flow over the row of buildings provide explanations for the observed interference effects. Interference on fluctuating wind loads is also investigated. Across-wind load fluctuations are much smaller than the isolated building case with the disappearance of vortex shedding peak in the load spectra. Buildings in a row thus do not exhibit resonant across-wind response at reduced velocities around 10 as an isolated square-plan tall building.     

高层建筑静风荷载的干扰效应研究

在相邻建筑物的干扰下,受扰高层建筑的风荷载与其在孤立状态下相比会有较大的变化。本文采用测力天平模型风洞试验研究了两个高层建筑间的静力干扰效应,得到了两个相同的方形截面建筑在不同相对位置时的静力干扰因子IFm。并且首次引入了正交试验法设计试验方案,研究了施扰建筑高度、截面尺寸和外形对顺风向静力干扰因子IFm的影响。应用人工神经网络方法对试验结果进行了模拟和推广,给出了IFm的等值线图,可供规范应用和参考。     

受扰高层建筑的风致响应分析

受扰状态下高层建筑的静动力响应明显不同于单体建筑。以一实际姊妹塔楼为研究对象,根据风洞试验中获得的风压分布结果,计算塔楼结构的风致响应。风洞试验及结构响应计算不仅考虑了两栋塔楼同时存在的情况,还考虑一栋塔楼先期建成,另一塔楼尚未建造的情况。细致分析了不同风向下结构的平均及脉动位移响应、静动力干扰因子的特点。结果表明,施扰建筑位于受扰建筑正前方时具有最大的干扰效应,此时受扰塔楼的总位移峰值最小;而当受扰建筑处于施扰建筑下游时,在风向偏斜时,受扰塔楼的总位移峰值最大。     

The effect of plan ratios on wind interference of two tall buildings

Tall buildings are vulnerable to lateral loading. The facades of these buildings are susceptible to wind loads. It is very difficult to assess the wind condition around the tall building in the presence of other surrounding buildings due to the wind interference effect. An experiment is carried out in the Boundary Layer Wind Tunnel at Tokyo Polytechnic University, Japan, to study the wind interference effect on tall buildings with varying plan ratios. The maximum and minimum local peak pressure coefficient contours on front face of the principal building are plotted. The interference effect is quantified in terms of interference zone charts. It is observed that interference zones extend over a larger area as the building plan ratios increases. The minimum interference factor depends on the plan ratios of the interfering building especially along the oblique direction. The results of this study may be useful for the preliminary design of cladding of tall buildings with interfering buildings.     

高湍流度下超高层建筑的风致振动响应特性

在较高湍流度流场用高频测力天平方法对金茂大厦模型进行了风洞试验,分析了周围建筑以及待建的环球金融中心对金茂大厦的基础平均风荷载、气动风荷载和风振响应的影响和干扰效应。结果表明:湍流度对静风荷载影响甚少,但对动力风荷载以及风振响应影响很大;总的来说,D类流场下的结构抖振效应要明显高于B类地貌情况。环球金融中心对金茂大厦有很大的静力遮挡影响,同时也增大了其风振响应和总的风振荷载,其中对总风振荷载的干扰效应随着湍流度的增加而降低,但在D类地貌下且梯度风高度处的湍流度为15.8%时的干扰因子依然较为明显,干扰效应并没有消失。