大型双曲冷却塔表面脉动风压随机特性——风压极值探讨

针对风压信号呈现的非高斯特性和传统极限估计方法的局限,首次提出基于保证率和相关性的极值估计方法——全概率迭代法进行冷却塔表面脉动风荷载极值分析,并和传统的峰值因子法及改进的Sadek-Simiu法计算结果进行对比验证。结果表明：全概率迭代法避开了对随机过程的高斯分布假定,相比传统的极值估计方法其结果更加真实可靠;表达风压极值中脉动分量的峰值因子数值沿着环向和子午向变化显著,如取为同一数值则偏于危险或过于保守;采用全概率迭代法得到的表面风压系数极值分布曲线与规范取值相比,迎风面和负压峰值区域极值偏小,背风区域极值偏大,且最小值对应角度相差约10°。     

复杂大跨结构屋盖风荷载特性的试验与计算研究

在大气边界层风洞中对深圳新火车站在无火车工况与有火车工况下屋盖结构的风荷载分布进行了详细的风洞试验研究,并对无火车工况下火车站主站房东侧大开洞位置风速放大效应进行全面的试验分析。分析了无火车工况下的平均风压系数、脉动风压系数特性,并对比了无火车工况与有火车工况下全分向最大平均负风压系数与脉动风压系数。文中进一步分析了典型测点的脉动风压系数的概率特性,并评估了在一定概率保证率下的峰值因子。同时,文中亦给出了数值风洞模拟结果,并与风洞试验结果进行了详细对比分析。研究结果表明:(1)火车站屋盖表面最大平均负风压系数发生在迎风的悬挑区域,同时亦是脉动风压系数较大的位置;(2)在不同火车数量工况下,屋盖表面的最大平均负风压系数与脉动风压系数均有局部差异,但对整体的风压分布影响较小;(3)位于迎风屋盖表面测点正则化脉动风压系数((Cp-Cpmean)/Cprms)的概率密度函数出现负风压的延伸,呈现明显的非高斯分布特性,而位于下风向的中间区域测点则满足高斯分布;(4)火车站主站房东侧纵、横方向大开洞具有气流"汇集"作用,最大风速放大系数达到1.34;(5)数值风洞模拟计算结果与风洞试验结果比较吻合,新的大涡模拟方法(LES)与湍流风场入口模拟新技术(DSRFG)能有效地应用于建筑结构的风荷载数值模拟。     

考虑导风装置大型冷却塔双塔风致干扰效应研究

为研究不同导风装置对双塔干扰下大型冷却塔表面平均和脉动风荷载分布特性的影响,基于风洞试验对比研究了三种有导风装置和无导风装置的大型冷却塔表面风压随机分布特性,其中包括平均风压、脉动风压、峰值因子、极值风压以及干扰因子等气动参数。研究结果表明:增设导风装置后塔筒背风面负压区气流紊乱,平均风压呈现明显波动;不同导风装置对塔筒下部断面测点峰值因子影响显著,数值主要分布在3.2~3.6之间;极值风压分布规律类似于冷却塔模态的正反对称特点,外部进水槽对喉部侧风面极值风压增大了近0.5;90°风向角为双塔布置的最不利工况,夹道效应导致塔筒侧风面平均风压、脉动风压与极值风压变化显著,此时带外部进水槽的冷却塔中上部断面层阻力系数的干扰因子达到最大值。     

考虑不同四塔形式特大型冷却塔群风荷载极值分布特征与取值探讨

塔群干扰作用下特大型冷却塔表面风荷载分布非常复杂,尤其是极值模型更加难以预测。首先,以工程中最常见的串列、矩形、菱形、L形和斜L形五种四塔组合形式为例,进行了320种工况的世界最高220m特大型冷却塔群刚体测压风洞试验。然后,分析了特大型冷却塔局部风压和整体力系数的非高斯和非平稳特征,并基于Hermite法和峰值因子法对比探讨了特大型冷却塔的局部风压极值和整体力系数极值的分布规律,着重讨论了特征角度与局部、整体气动力极值之间的映射关系。最后,提出了冷却塔四塔塔群最大负压极值和整体力系数极值的数学计算模型,建议了考虑不同四塔干扰效应的四塔组合特大型冷却塔群一维极值风压系数估算公式,并验证了上述公式的精确度和有效性。主要研究结论表明:矩形、菱形和L形布置下特大型冷却塔最大负压极值均小于-3.40,矩形布置形式下的负压极值最大,菱形布置下出现强吸力现象的可能性较高;可基于特征角度与塔群脉动风荷载之间的线性关系对特大型冷却塔局部风压极值和整体力气动力极值进行有效预测。     

伞形膜结构组合屋盖风荷载特性的风洞试验研究

结合井冈山机场航站楼的风洞试验,分析了伞形膜结构组合屋盖平均风压与脉动风压的分布特性,并从平均风压与脉动风压相关性的分析中讨论了准定常理论的适用性,同时探讨了脉动风压的概率分布,并对峰值因子的取值提出了建议,论文提出对不同紊流区应分别对待的观点,获得了可用于指导一般伞形组合屋盖结构抗风整体设计和局部设计的规律.     

基于风洞数据的低矮房屋双坡屋面风压非高斯特性

基于加拿大西安大略大学低矮房屋风洞试验获得的风压数据,探讨了低矮房屋在不同屋面坡度、风向角、高度及地形情况下屋面风压特性的变化。为便于描述,以跨中测点为参考,不同风向角时还参考了边缘测点情况。文中分析了测点风压系数均值、标准差、偏度及峰态的变化,并探讨了基于Hermite多项式得到的测点峰值因子的变化规律。结果表明:屋面坡度较小时的风压特性相近,背风屋面风压非高斯性较弱;随坡度增加,风压非高斯性较弱的区域位于迎风屋面,继续增加则使迎风屋面测点偏度从负变为正。斜向角度下迎风屋面前缘的角点非高斯性较强,会产生较大的峰值因子。随高度增加,迎风屋面前缘峰值因子减小,靠近屋脊线的测点则增大。比起郊区地形,开阔地形时迎风屋面非高斯性较弱,测点峰值因子较小。     

体育场悬挑屋盖结构风荷载解析模型

结合援莫桑比克国家体育场刚性模型风洞试验数据,分析了悬挑屋盖结构表面风压分布特性、脉动风荷载谱特性和脉动风压空间相关性,并利用体育场风洞试验测压数据,拟合了各区域脉动风压谱和相干函数的经验公式,建立了此类结构的风荷载解析模型.经过工程算例表明,本文建立的风荷载解析模型用于悬挑屋盖结构的动力响应计算具有较高的精度,有一定的实用价值.     

某机场新航站楼风压分布特征及风振系数研究

以某机场新航站楼结构风洞试验为依托,对该大跨屋盖的整体和重点部位的风压分布特性进行了详细的阐述。此外,基于风压的统计特征,将屋面分为高斯和非高斯区域。最后,对悬空屋盖区域进行了局部模型风振响应分析。结果表明:在180°风向角下,大挑檐和指廊迎风一侧的平均风压系数分别在-1.0和-0.8左右,挑檐部位最不利可达-1.58,天井内部侧面的风压很小,悬空屋盖上下表面同时受到较小吸力的作用;航站楼的非高斯区域主要集中在屋盖边缘迎风和拐角区域,天井部位并没有出现明显的非高斯分布现象;悬空屋盖区域出现过大位移风振系数的主要原因是悬空屋盖位置处的平均位移较小。     

大型双曲冷却塔平均风荷载的数值模拟研究

对双曲冷却塔的平均风荷载进行CFD数值模拟,获得冷却塔内外表面的三维流场特性和各高度截面的平均风压系数分布曲线,并与以往文献的实测数据和风洞试验结果进行比较,以验证数值模拟的准确性.根据内外表面的风速矢量图,描述冷却塔内外流体的流动特征,发现旋涡的存在使风压分布趋于均匀的规律.并分析塔底的边缘效应及其对冷却塔内外表面风压的影响.讨论现行设计规范在外压的三维效应和内外压的共同作用等方面的不完善之处,给出部分改进建议和冷却塔外表面、内表面和内外表面压差的风压系数等压图,以供设计参考.     

冷却塔群塔干扰条件下脉动风压分布模式

冷却塔群塔为常见的群体建筑物组合形式,存在复杂的塔群干扰效应.传统的群塔干扰效应研究通常面向塔筒等效静风荷载,忽略了群塔组合对于脉动风压分布模式干扰效应的量化研究.为了研究群塔组合条件下脉动风压的干扰分布模式,选取具备多种气动干扰特点的八塔组合矩形布置方案为研究对象,对群塔进行刚性模型同步测压风洞试验,获取了不同风向角条件下塔筒表面的脉动风压分布.在"迎风来流"、"侧风来流"和"背风来流"等三种典型来流模式下,结合风向角的变化将脉动风压分布形式总结为"V"型、"M"型、半"V"型+半"M"型三类,探讨了干扰影响脉动风压分布的机理,发现可将脉动荷载的干扰效应分为"弱干扰"、"非对称强干扰"和"对称强干扰"三种类别;在量化表达脉动风压干扰分布方面提出了脉动风压分布的九项式拟合公式,并按照三类分布模式给出了脉动风压的推荐表达式.     

超大型冷却塔内表面风荷载风洞试验与数值模拟研究北大核心CSCD

通过刚性模型风洞试验和CFD数值模拟,对某拟建220m高冷却塔内表面风荷载进行研究,并考虑了挡风板、填料层透风率等参数对内压的影响。研究表明:刚性模型试验忽略模拟外表面几何相似及实塔运行过程中产生的向上抽力对内压测试结果基本没有影响;冷却塔内表面风压对风速不敏感,内压基本不受来流风速影响;在塔底设置十字挡板后,塔内风压略有减小,风压沿环向、高度分布的均匀性更好;内压绝对值以填料层透风率为0%时最大,并随透风率的增加略有减小,但当透风率大于10%后变化较小;总的来说,内表面风压系数沿环向、高度基本不变,B类风场中,平均风压系数约为-0.50,脉动风压系数约为0.045;均匀流场中,平均风压系数约为-0.61,脉动风压系数约为0.035。     

超大型冷却塔内表面风荷载风洞试验与数值模拟研究

通过刚性模型风洞试验和CFD数值模拟,对某拟建220m高冷却塔内表面风荷载进行研究,并考虑了挡风板、填料层透风率等参数对内压的影响。研究表明:刚性模型试验忽略模拟外表面几何相似及实塔运行过程中产生的向上抽力对内压测试结果基本没有影响;冷却塔内表面风压对风速不敏感,内压基本不受来流风速影响;在塔底设置十字挡板后,塔内风压略有减小,风压沿环向、高度分布的均匀性更好;内压绝对值以填料层透风率为0%时最大,并随透风率的增加略有减小,但当透风率大于10%后变化较小;总的来说,内表面风压系数沿环向、高度基本不变,B类风场中,平均风压系数约为-0.50,脉动风压系数约为0.045;均匀流场中,平均风压系数约为-0.61,脉动风压系数约为0.035。     

大型煤气柜风荷载的风洞试验及数值模拟

对某大型煤气柜进行了风洞测压试验及风压数值模拟。分析了试验模型表面风压分布及其脉动特性,并同数值计算结果、规范条文中类似断面结构的风压分布作对比。结果表明：风洞试验中由于结构表面分布的工字钢及表面粗糙度的处理,雷诺数效应对表面风压分布影响并不明显,但对表面绕流场分离区的风压值有一定影响。结构的均方根升力、阻力系数在频域表现为宽带谱;采用基于雷诺平均的RNGk-ε湍流模型能较准确地模拟表面平均风压分布,其计算结果同样可为结构抗风设计提供参考;在不同量级雷诺数下数值模拟得到的平均风压分布能反映出雷诺数效应的影响。     

复杂大跨屋面脉动风压风洞试验研究

介绍了复杂大跨屋面的脉动风压风洞试验研究方法和广州国际会议展览中心屋面脉动风压风洞试验的结果，并对结果进行了分析。分析表明：风压系数平均值分布规律性明显，能体现屋面流场分布情况；均方根值则在一定程度上反映出气流分离和旋涡脱落情况。复杂大跨屋面上表面主要分布为负压，迎风边缘及突出部位较大，低凹处及尾流区域较小；下表面风压分布具有钝体外形的特点，内压的大小与开门状态有关。     

台风“凡亚比”作用下超高层建筑风压特性的现场实测与风洞试验对比研究

为研究台风作用下我国沿海地区超高层建筑表面的风压特性,于2010年在台风"凡亚比"登陆前后对厦门沿海某超高层建筑的风场和建筑表面风压状况进行了同步监测,并开展了建筑模型风洞试验,获得了超高层建筑表面的实测瞬时风压、平均风压、平均风压系数和脉动风压系数的相关特性和分布规律。现场实测与风洞试验的对比研究表明:现场实测和风洞试验所揭示出的超高层建筑表面风压特性及其随风向角的变化规律基本一致;迎风面平均风压系数的现场实测值明显大于风洞试验结果,而背风面和侧风面平均风压系数的现场实测值与风洞试验结果相差较小。     

超高层建筑表面脉动风压空间相关特性试验研究

通过对某超高层建筑模型同步测压风洞试验,分别从时域和频域对模型各表面典型测点脉动风压水平和竖向空间相关性系数、以及水平和竖向相干函数进行了全面深入分析。与相关参考文献中提出的经典风速相干函数表达式进行了比较,给出了侧风面脉动风压相干函数考虑涡旋脱落影响的新的数学模型,拟合了公式参数,得到的结果可为建立更为精细的气动力模型所参考。     

弹体脉动压力特征的实验研究

针对弹体模型进行了表面脉动压力特性实验研究,实验马赫数M∞ =0．8、0．84、0．86、0．92、1.0、1．15、2．0、2．5,实验迎角α=5°3°、0°、3°、5°,沿弹体轴向测量了14个特征点的脉动压力,得到了弹体表面测点的脉动压力系数、频谱曲线以及相关性系数等实验数据。结果表明：脉动压力系数总体上随马赫数增加而降低。不同马赫数,迎角α=0°的条件下沿轴向各测点压力脉动之间的空间相关性有类似的分布规律,且各测点脉动压力基本互不相关。在实验的迎角下,脉动压力系数在弹体表面曲率变化较小的位置基本上不随来流迎角的改变而变化,膨胀拐角肩部位置的脉动压力系数随着迎角的改变而变化较大。超声速来流的功率谱能量峰值所对应的主频出现明显的低频特征;跨音速来流时特征频率随着马赫数的增加而增大,功率谱能量峰值位于特征频率处。     

非高斯风场作用下桥梁抖振响应研究

为研究非高斯风场作用下桥梁结构的抖振响应特性，以太洪长江大桥为例，基于Hermite多项式模型，模拟了非高斯脉动风场时程，计算了不同平均风速下不同非高斯特性脉动风场的抖振响应。结果表明：非高斯风场作用下结构响应的幅值和均方根值均比高斯风场更大，非高斯特性越强，均方根值越大；随着平均风速的增加，风场峰度对结构响应均方根的影响逐渐明显。因此，对于非高斯风场，高斯过程假定低估了实际的响应情况。此外，不同非高斯特性脉动风场作用下，结构响应的偏度和峰度均趋近高斯过程的结果。     

超大型双曲冷却塔风荷载特性风洞试验研究

结合韩城第二电厂冷却塔风洞试验，在模拟大气边界层和周边地貌的情况下，研究了不同风向角下，超大型冷却塔风荷载特性及高大地面建筑群的影响。给出了风荷载高度变化系数、风压分布特性及其三维效应区域、地面附着物影响和风荷载体形系数，与《建筑结构荷载规范》中B类地貌上述参数有较明显差异，对双曲冷却塔、特别是超大型双曲冷却塔工程结构设计，有重要的参考价值。     

大跨屋盖悬挑结构的风荷载分析

针对悬挑结构的上下表面同时受到风荷载作用的特点，提出风洞试验中同步测量的实验方法，分析上下表面风压相关性及其物理意义，给出悬挑结构平均风压和脉动风压的计算方法，探讨了同步测量和异步测量情况下峰值因子的合理取值。