关键词： 连拱式悬挑屋盖   数值风洞试验   气动控制   平均风荷载   脉动风压  

摘要： 本文对连拱式大跨度悬挑屋盖进行了数值风洞试验,分别探讨了在屋盖悬挑前缘增设通风孔、导流板以及同时布设导流板与通风孔这三种气动措施对悬挑屋盖表面风荷载的影响及其作用机理.研究结果表明,同时布设导流板与通风孔的综合气动措施,能显著影响屋盖结构前缘气流的分离,从而减小屋盖的表面风压,并可减弱屋盖的风致振动.在此类屋盖结构设计中,运用综合气动措施可有效降低屋盖整体的升力系数与弯矩系数,对该类屋盖抗风设计较为有利.

关键词： 网架结构   风振系数   时程分析   接口设计  

摘要： 在大跨空间网架结构中,风荷载往往起决定作用,而风致振动是许多大跨空间网架结构在强风作用下破坏的主要原因之一,风荷载作用下结构的风振响应可通过风振系数确定。数值风洞具有成本低、周期短、效率高的优点,成为不少学者模拟风场获取结构表面风压的常用方法。进行网架辅助设计软件STADS与FLUENT软件接口程序的风振分析设计,通过STADS进行模型转换,基于大涡模拟(LES)控制FLUENT软件的风工程计算功能进行瞬态风压计算,输出并转换为节点风压时程;通过动力时程分析,得到复杂网架结构的节点风振系数,为复杂体型网架结构抗风设计提供了参考依据。接口程序还可自动加载风振系数,减少手动输入,提高工作效率。

关键词： 大跨度钢桁拱桥   抖振   抗风措施   抗风索  

摘要： 为保证施工人员以及桥梁结构的安全,将施工期大跨度钢桁拱桥的抖振位移降低至工程可以接受的范围内,以一座处于沿海强风区的施工期大跨度三主桁钢桁拱拱桥为工程背景,依据大桥施工期面临的不利条件选取最大单悬臂施工状态作为抗风研究工况,通过谐波合成法生成三维脉动风场,基于ANSYS建立最大单悬臂施工状态的桥梁结构有限元模型。开展三维抖振分析,并考查不同方式布置的抗风索对施工期桥梁抖振的影响。研究结果表明:大桥的竖向振动位移的均方根值和峰值显著高于横向振动位移的均方根值和峰值;在大桥双侧拱肋悬臂端之间上下交错布设6根抗风索时,大桥的竖向抖振位移显著降低,其中大桥拱肋悬臂端的竖向位移均方根值相比未采用抗风索措施时降低了65.35%,抖振控制效果十分明显,可作为推荐方案。可见研究结果可为类似钢桁拱桥施工过程中的抗风措施选取提供一定的参考依据。

关键词： 计算流体力学   计算风工程   紊流模式   雷诺平均方程式   高楼减阻   风场模拟   高雷诺数  

摘要： 本论文是以数值模拟方法利用导流结构对实际尺度之高楼风场进行减阻效果之研究，高楼模型为楼高H=80公尺，高宽比AR=5之立方柱，并在其上游摆放有1/5高楼宽之立方柱作为导流结构。考虑大气边界层效应并以半经验指数律速度剖面作为流场入流条件。在取楼高为特征长度，并以地面至楼顶高度之入流平均速度作为特征速度条件下，流场之雷诺数为7.67×10^7。数值模拟使用Fluent Meshing建立数量在940万至980万间不等之Poly-Hexcore网格。在边界层内以15层边界层网格进行网格设置，并将第一层网格高度限制在对数律层内；在边界层网格处理上使用增强型壁面函数对壁面进行近壁处理。由于本流场属于高雷诺数紊流流场且存在分离流动，因此紊流模式使用基于雷诺平均理论的SST k-ω模式进行CFD模拟。本研究是以导流结构高度h与高楼与导流结构之间的距离S，作为操纵变因，探讨高楼上游之导流结构在改变下游流场后对目标高楼风阻减降之效果。研究之导流结构高度共设置有0.5H、0.6H、0.7H、0.8H、0.9H、1.0H六组高度。而高楼与导流结构之间的距离则由起始的0.5D开始，以0.5D作为固定间隔逐渐增加距离至5D为止。研究结果显示导流结构高度与减阻效果整体趋势呈现正相关，在h=0.5H之导流结构条件下，高楼的减阻效果最高仅有9.7%；而h=1H之导流结构最高则有66.7%减组效果。在改变间隔距离研究结果方面，在特定间隔距离下会对高楼产生最佳减阻效果，0.9H及1H导流结构高度在S=1.5D、3.0D间隔时有最佳及次佳的减组效果，而0.5H、0.6H、0.7H导流结构高度条件下在3.0D、3.5D间隔时会有最佳的减组效果。

关键词： 温室结构   温室生产   温室大棚   台风季节   抗风措施   国家标准   设计风压   第一要务  

摘要： 海南省地处海岛,每年都有多个台风登陆。每到台风季节,或多或少都有温室大棚被风吹倒或损坏,给当地温室生产带来很大隐患。因此,在海南建设温室,结构抗风是保证安全生产的第一要务。国家标准《农业温室结构荷载规范》(GB/T 51183-2016)中给出10年、15年和20年一遇的基本设计风压海口分别为0.79、0.88、0.95 k N/m2,三亚分别为1.03、1.19、1.30 k N/m2,与北京的0.37、0.39、0.41k N/m2相比基本是其2~3倍,由此也可以看出海南台风的威力和危害。

关键词： 抗风性   绿化树种   防风措施   上海市长宁区  

摘要： 我国东南沿海地区每年因台风导致的树木毁坏及次生灾害损失严重。因此，研究树木的抗风性显得尤为重要。本文调查了上海市长宁区城区部分道路绿化树木在2021年第6号台风“烟花”过后的受害情况，通过分析树木的主干断裂率、主干倒伏率、枝梢断裂率、叶片撕毁率等数据，得出环境外因及树木生态形态内因对抗风性影响的结论，并从加强台风园林监测、开展安全评估、强化抗风性树种的选育和重视日常养护等四方面提出建议和思考，为城市的园林绿地建设管养和防风减灾提供有益参考。

关键词： 大跨悬挑屋盖   风荷载特性   数值模拟   气动措施  

摘要： 大跨悬挑屋盖结构因其无柱大空间、造型美观、多功能等优点在体育场看台等实际工程中得到了广泛应用。与此同时,该类结构具有质量轻、柔度大等特点,属于风敏感结构。近年来,由于风荷载导致其破坏的例子屡见不鲜,说明其抗风设计方面存在不足,包括结构风荷载特性及其风效应分析方法等成为研究热点。本文对体育场大跨悬挑屋盖结构表面的风荷载特性进行研究,在此基础上,提出改善其气动性能的抗风措施,研究结果可为该类结构的抗风设计提供参考。主要研究内容及相关结论如下:(1)借助Fluent软件采用Realizable k-ε湍流模型对体育场大跨悬挑屋盖表面的风压分布进行数值模拟,通过将数值模拟结果与风洞试验测试结果进行对比,验证数值模拟中所选相关参数的可行性。(2)在验证所选数值模拟方法包括相关参数可行性基础上,研究了不同风向角下体育场大跨悬挑屋盖表面风压分布特性,得到了最不利风向角。在此基础上,深入分析了不同屋盖悬挑倾角、不同屋盖悬挑高度、不同地貌类型对体育场大跨悬挑屋盖表面风压分布特性以及各个区域风压系数的影响规律。(3)综合考虑施工难易程度、工程实用性、安全性等多种因素,提出了改善大跨悬挑屋盖结构抗风性能的五种抗风措施,包括:将屋盖悬挑端棱角边改成圆角和斜角、在悬挑屋盖前缘加设不同高度的挡风板、改变挡风板的角度、在悬挑屋盖前缘开设不同尺寸的洞口、在悬挑屋盖与看台之间的后墙开设不同尺寸的洞口,并对其改善抗风性能的效果进行了分析探讨,所得一些实用性结论,可为类似工程的抗风设计提供借鉴和参考。

关键词： 计算风工程   湍流边界层生成方法   风特性自保持   粗糙场地   回收法   体积力法  

摘要： 随着计算流体动力学（ComputationalFluidDynamic,CFD）的深入发展与高性能计算机的普及，基于CFD原理的计算风工程日趋成熟，发展半个多世纪来逐渐成为建筑结构抗风设计中继风洞试验技术后的重要研究手段之一。在实际应用中，粗糙地表对近地面大气边界层平均风特性起决定性作用，精确模拟粗糙地表特性对于保证建筑结构平均风荷载的模拟精度至关重要;与此同时，精确再现大气边界层湍流风场特性、尤其是脉动特性是保证风敏感结构风荷载及风致振动响应模拟精度的先决条件。虽然基于稳态湍流模型的平衡大气边界层风场模拟发展较为成熟，但基于瞬态湍流模型的边界层脉动风场的模拟仍存在两方面问题：一是如何更加真实的在“数值风洞”中再现粗糙下垫面特性及其对上覆大气边界层风场的影响;二是如何生成满足指定风特性、与控制方程相容并具有较好自保持性的高雷诺数湍流边界层风场。本文针对上述问题，首先建立了更加符合真实粗糙下垫面特性的强化冠层阻力模型用于模拟粗糙场地，在现有边界层湍流风场生成方法基础上分别提出了反馈控制弱回收法、随机合成体积力法用于生成高雷诺数湍流边界层风场。具体工作如下：　　基于植被冠层模型，建立了适用于模拟不同粗糙度场地的强化冠层阻力（EnrichedCanopyDrag,ECD）模型。以综合阻力系数取代植被冠层模型中的阻力系数及叶面积密度用于表征场地粗糙程度，并以平均风速与湍动能为优化目标，采用多目标遗传算法对系数进行优化搜索，得到了随高度逐渐减小的综合阻力系数，在该系数作用下，ECD模型对上覆流场的影响程度随高度增大而减小、随场地粗糙度增大而增大，更加符合大气边界层粗糙下垫面特征。基于SSTk-ω湍流模型优化得到适用于对数律、指数律入流条件下三类不同粗糙场地的ECD模型，并实现了水平均匀大气边界层风场;对ECD模型进行简化与修正后，建立了适用于瞬态大涡模拟中模拟粗糙场地的SECD（SimplifiedECD）模型，实现了数值风洞中精确再现真实粗糙下垫面特性的研究目标。　　以弱回收法为基本框架，结合PID控制策略提出了模拟高雷诺数湍流边界层风场的反馈控制弱回收法（ControllableWeakRecyclingmethod，CWR）。该方法保留了弱回收法中的“回收”思想，通过构造的脉动风速调节系数重新定义了“变换”过程：以回收统计的湍流强度与目标湍流强度间的误差为控制量，结合PID控制器构造脉动风速调节系数，以此对回收的脉动风速进行动态调节后重引入至入口边界，由此实现对下游流场脉动风特性的主动控制。当比例参数为-80时，应用CWR方法结合SECD模型对三类粗糙场地湍流边界层风场进行大涡模拟，生成的湍流风场发展充分，满足目标平均风速与湍流强度，与各向异性Von-Karman谱具有较高的一致性。该方法不仅保留了弱回收法可生成充分发展脉动风场的优势，生成的湍流风场特性具有较好的自保持性，更解决了应用弱回收方法模拟粗糙壁面边界层流动时需反复调试粗糙装置的低效率问题，可任意指定粗糙场地相应风场特性，具有更广泛的应用前景。　　由Navier-Stokes（NS）方程物理意义出发，提出了改进的随机合成体积力法（SyntheticVolumeForcing，SVF），结合SECD模型可高效生成不同粗糙场地的大气边界层湍流风场。该方法依据流体单元质量及其加速度建立了作用于其上的外部力，加速度由RFG（RandomFlowGeneration）类方法中的脉动速度对时间的变化率所确定，相应的外部力以广义源项的形式附加于计算域内部任意范围内的NS方程中。当体积力沿流动方向的作用宽度为1.3倍模拟边界层厚度时，应用SVF方法大涡模拟了三类粗糙场地大气边界层湍流风场：生成的风场均满足目标平均风速、湍流强度及各向异性Von-Karman谱;相较于傅里叶合成法脉动速度入口生成的湍流风场而言，内部流场沿流动方向均无明显压力梯度，涡量场受到网格过滤的影响有所降低，脉动能量衰减程度降低，风特性沿流动方向具有较好自保持性。SVF方法通过直接向平均风场内输入能量生成满足离散NS方程的脉动风场，既突破了当前已有体积力法只对脉动速度入口进行辅助调节的局限，更解决了傅里叶合成法生成的脉动风速序列不满足离散NS方程而引起的压力梯度、风场重构等问题。　　通过建立与东京工业大学独立高层建筑风洞试验相同的数值模型，验证了本文所提出的强化冠层阻力模型、反馈控制弱回收法以及随机合成体积力法的可行性、精度及效率。应用SECD模型模拟粗糙场地、分别应用CWR与SVF方法生成与风洞试验一致的湍流边界层风场，并对高层建筑进行大涡模拟，结果表明SECD模型适用于模拟不同粗糙场地，且模拟的粗糙场地特性并不受湍流风场生成方法影响;CWR方法与SVF方法均可高效生成与风洞试验一致的边界层风场，得到的建筑抗风设计指

关键词： 网架结构   数值模拟   风压系数   接口设计  

摘要： 风作用于结构产生的风压力大小取决结构的风压系数。计算风工程(CWE)是利用计算流体力学(CFD)的相关知识,通过流固耦合分析获得复杂结构表面风压切实可行的方法,具有成本低、周期短、效率高的优点。介绍网架辅助设计软件STADS与ICEM和FLUENT的接口程序,将模型自动转入前处理软件ICEM。通过接口程序利用FLUENT软件的流固耦合计算功能获取结构表面风压,并自动计算和读取结构表面的体型系数,为复杂体型的网架结构抗风设计提供计算依据。利用本软件省去了建模的复杂过程,全程采用菜单引导、对话框输入的操作模式,具有简单易行的特点。