下击暴流风的数值仿真研究

作为自然界的一种强风荷载,雷暴天气产生的下击暴流风在世界范围内造成了大量工程结构物的破坏。研究证实,下击暴流风具有同常规的大气边界层近地风完全不同的风场特征。利用通用商业CFD(Computational fluid dynamics)软件FLUENT完成了几何缩尺比为1:2000的下击暴流过程的数值仿真。非定常的数值模拟将有助于更好地理解下击暴流风的动力特征。数值结果表明,基于雷诺平均的Navier-Stokes方程进行的非定常数值模拟结果同根据实测数据提出的三种经验风剖面吻合良好,在目前实测资料稀少的情况下,有助于更好地研究下击暴流风的基本特征。     

向量自回归模型在下击暴流风速场模拟中的应用研究

下击暴流是雷暴天气中沿地面传播的一种极具突发性和破坏性的一种强风,对建筑结构的破坏性极强,因此建立准确可靠的下击暴流风速模型对于研究建筑结构在下击暴流作用下的动力响应并减少灾害发生是至关重要的。本文采用随时间变化的向量自回归模型(简称TVAR模型)建立下击暴流的风速模型。采用基函数方法识别TVAR模型参数,即将TVAR模型参数表示为加权时间函数的线性组合。联合使用正向估计和后向估计器估计TVAR模型中的随时间变化参数,计算得到下击暴流随时间变化功率谱密度。模拟得到了下击暴流风速、功率谱密度、相干函数等重要参数。结果表明本文提出的TVAR模型可以准确模拟下击暴流风速场,且计算效率得到了进一步提高。本文提出的TVAR模型为准确进行下击暴流模拟或建立经验模型提供了可靠的方法。     

下击暴流的特征及其对输电线塔风致倒塌的影响

下击暴流为雷暴天气中强下沉气流猛烈冲击地面后形成并沿地面传播的近地面短时强风,其风场特征同传统的大气边界层近地风显著不同。近年来下击暴流作用下输电线-塔结构的倒塌破坏事故层出不穷。根据美国、澳大利亚和南非等国的调查,80%以上的输电线-塔的风致倒塌事故主要为下击暴流所引起。而我国对此却少有研究。据此,本文简要介绍了下击暴流在输电线-塔抗风研究中的重要性,并从尺度特征、风速特征、随机特征和压力特征四个方面对下击暴流的基本特征进行了综述。其次,阐述了下击暴流对输电线-塔结构的灾害作用和下击暴流作用下输电线-塔的破坏特征。最后,论述了下击暴流对输电线-塔结构抗风设计的影响。指出了将雷暴强风,尤其是发生频度高、破坏性强的下击暴流纳入到风荷载规范,是非常重要而迫切的工作。     

基于AR模型模拟超高层建筑的脉动风速时程

风荷载是超高层建筑设计的主要荷载之一,而且通过风振时域分析可以更全面地了解超高层建筑风振响应特性,更直观地反映超高层建筑风致振动控制的有效性。因此,本文使用线性滤波法即白噪声滤波法(white noise filtration method,WNFM)中的自回归(auto-regressive,AR)模型模拟超高层建筑的风速时程。首先,考虑超高层建筑风速时程的时间和空间相关性,导出了四阶AR模型的参数表达式。接着,基于AR模型模拟了一幢高度为200 m超高层建筑的风速时程。最后,通过比较模拟风速功率谱、模拟自相关函数和互相关函数与目标风速功率谱、目标自相关函数和互相关函数的吻合程度,验证基于AR模型模拟超高层建筑风速时程的可行性。     

风荷载作用下的土-结构动力特性分析

结构的动力特性直接影响到动力荷载的作用效应。动力特性分析中,土体的影响不可忽视。与地震荷载不同,动风荷载自结构向土体传播,土体的惯性力可以忽略。无质量地基法可以满足针对风荷载的土-结构动力分析的要求。本文首先推导土-结构动力相互作用的运动方程,在此基础上,以剪力墙箱型基础结构为基本分析对象,确定有限地基域的范围,分析土-结构整体动力特性。认为：足够的基础埋深,可以有效控制建筑物的摆动;为控制建筑物的动力特性,可以采取措施适当使地基土增加一定的刚度;如何在上部结构的质量和刚度之间建立对应关系以控制土-结构系统的动力特性,有待进一步研究。     

动荷载下冻土中模型桩的沉降试验研究

试验结果表明 ,冻土中桩的沉降过程主要是冻土在剪应力荷载作用下的流变过程 .桩的沉降速度随冻土温度的升高而增大 ,随桩表面粗糙度的增大而减小 ,随地基刚度的增大而增大 .当冻土中含水量达到饱和时 ,桩的沉降速度最小 .当荷载水平较高时 ,对应于动载下的沉降速度小于静载 ;随着荷载水平的降低 ,动载与静载对沉降速度的影响效果逐渐接近 .现有试验条件下 ,桩的沉降速度不随动荷载的频率而变化 .     

应力释放模型的改进及其在台湾地区的应用

应力释放模型在地震活动性研究中多有应用。但无论是简单应力释放模型还是耦合应力释放模型在应用中都存在着一个共同问题,就是地震发生条件概率强度与地震活动性不同步。为解决这一问题,本文对应力释放模型做了进一步修改,在原应力释放模型的计算条件概率强度公式中引入了时间延迟因子,从而初步解决了地震发生条件概率强度与地震活动性之间不协调的矛盾。此外,在利用台湾地区地震资料考察新模型时发现,改进后的新模型比原模型更优,预测地震的效能更高;在发震时刻预测的回顾性检验中,改进后的耦合应力释放模型比原应力释放模型和泊松模型的预测精度有较大提高。     

起伏地表下基于改进BISQ模型双相介质中曲线网格有限差分法波场模拟

本文以基于改进BISQ模型的二维双相各向同性介质一阶速度-应力方程为基础,推导出了曲线坐标系下对应的方程,然后采用低频散、低耗散的同位网格MacCormack有限差分法来离散方程,并采用紧致的单边MacCormack差分格式结合牵引力镜像法来施加自由地表边界条件,实现了地震波场数值模拟.曲线网格有限差分法采用贴体网格来描述自由表面,地表的网格线紧贴地形,避免了台阶近似造成的数值散射.数值模拟结果表明,在双相介质起伏自由地表和分界面处,各类波型复杂的反射透射规律可以清晰展现,曲线网格有限差分法可以精确地解决地震波在含起伏地表的双相各向同性介质中的传播问题.

     

基于双曲线模型的冻土中锚杆荷载传递特性研究

为研究不同冻结温度及含水率对冻结粉土中锚杆抗拔性能的影响,根据冻土与混凝土接触面的力学特性和变形规律,采用双曲线模型描述锚杆-冻土接触面的剪切特性.基于荷载传递法,建立考虑温度和含水率影响的锚杆荷载传递方程,采用有限差分法进行求解,得到锚固段的剪应力、轴力及承载力计算式;通过ABAQUS数值模拟验证荷载传递方程的合理性...     

Grouping response method for equivalent static wind loads based on a modified LRC method

Wind loading is one of the most important loads for controlling the design of large-span roof structures.Equivalent static wind loads,which can generally aim at determining a specific response,are wid...     

矩形高层建筑扭转动力风荷载解析模型

本文通过研究不同长宽比、高宽比的矩形棱柱体在边界层风洞中典型攻角下的扭矩，提出了矩形高层建筑扭矩功率谱密度、均方根扭矩系数和Strouhal数的经验公式，并对相干函数作了一定的探讨，建立了完整的扭转动力风荷载解析模型。该模型和试验结果吻合较好，证明它是合理有效的，可在此基础上建立高层建筑扭转动力响应频域计算方法。     

Numerical simulation of aerodynamic derivatives and critical wind speed for long-span bridges based on simplified steady wind field

Combining the computational fluid dynamics-based numerical simulation with the forced vibration technique for extraction of aerodynamic derivatives, an approach for calculating the aerodynamic derivatives and the critical flutter wind speed for long-span bridges is presented in this paper. The RNG k-ε turbulent model is introduced to establish the governing equations, including the continuity equation and the Navier-Stokes equations, for solving the wind flow field around a two-dimensional bridge section. To illustrate the effectiveness and accuracy of the proposed approach, a simple application to the Hume Bridge in China is provided, and the numerical results show that the aerodynamic derivatives and the critical flutter wind speed obtained agree well with the wind tunnel test results.     

Wind flow and wind loads on the surface of a towershaped building: Numerical simulations and wind tunnel experiment

Flow structure and wind pressure distribution caused by obtuse obstacles are usually the focuses in Computational Wind Engineer researches (CWE). By solving the non-hydrostatical dynamic equations, PUMA model (Peking University Model of Atmospheric Environment) was developed and applied to simulating the flow structure and wind pressure distribution around a tower-shaped building. Evaluation about the wind environment and wind loads around the building was obtained through the analysis of the numerical simulation results and wind tunnel data. Comparisons between the simulation and wind tunnel study indicate that numerical simulation results agree well in the flow field and wind pressure distribution around the tower-shaped building. On the other hand, the horizontal grid interval of 2 m and the vertical grid of 3 m were still too crude to simulate the flow structure and wind pressure distribution on the building surface more exactly in detail; and the absence of suitable pressure perturbation parameterization scheme between the solid and the adjacent space also limits the accuracy of the numerical simulation. The numerical simulation model can be used to evaluate the wind environment and wind load around high buildings.     

淀山湖风浪场的数值模拟

对淀山湖的风场和风浪场进行了观测,根据所观测的风场利用SWAN模型计算了湖区的风浪场.通过将计算的波高和观测值进行比较,说明计算结果的变化趋势和观测结果的变化趋势相吻合;观测结果的波动幅度较大,而计算结果比较平滑.总体说来,基于SWAN模型所计算的波高可信、可靠.在此基础上,利用SWAN模型较为系统地计算了不同水位和不...     

The effect of wind averaging time on wind erosivity estimation

The Wind Erosion Prediction System (WEPS) and Revised Wind Erosion Equation (RWEQ) are widely used for estimating wind‐induced soil erosion at a field scale. Wind is the principal erosion driver in the two models. Wind erosivity, which describes the capacity of wind to cause soil erosion, is defined as erosive wind power density (WPD) in WEPS, and wind value (W) in RWEQ. In this study, the daily average WPD (AWPD) and the daily average W (Wf) were chosen to investigate the effect of averaging time on wind erosivity estimation based on observed wind data. We compare the daily AWPD and Wf calculated from 1, 5, 10, 15, 30, and 60 minute average wind speed data. The results of comparisons indicate that averaging wind speed can significantly influence estimates of wind erosivity. Compared with the daily AWPD and Wf calculated from one minute average wind speed data, all daily AWPD and Wf values calculated from 5, 10, 15, 30, and 60 minute averaged wind speeds tend to be significantly lower than values calculated from one minute values. In general, longer averaging times tend to produce smaller values of daily AWPD or Wf, which may lead to an under‐estimation of wind erosion. Further studies are needed to extend and apply the findings obtained in this study to actual wind erosion predictions. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

结构最优主动调谐质量阻尼器风致振动控制的研究

基于我国现行的风荷载规范,建立了在风荷载作用下结构-主动调谐质量阻尼器(ATMD)系统的动力方程。定义ATMD最优参数准则为:结构-ATMD系统的位移或加速度响应方差的最小化。ATMD有效性的评价准则为:设置ATMD结构的最小化位移或加速度响应方差与未设置ATMD结构的位移或加速度响应方差之比(分别称为位移和加速度减振系数)。根据上述准则,在频域内数值研究了结构自振频率、标准化加速度反馈增益系数、质量比对ATMD系统的最优参数(包括最优频率比和阻尼比)、有效性和冲程的影响。此外,为了比较的目的,论文同时考虑了结构TMD风致振动控制的情况。     

通过刚性模型试验评价中庭采光顶风荷载及其响应的方法

当中庭采光顶的建筑设计完成以后,在结构形式上可能仍然存在多种方案,这就需要对每个设计方案的动力性能和风致响应进行评价,而通过气动弹性试验来测定每个方案是不现实的。因此,本文提出了采用刚性测压试验原始数据和有限元时程分析相结合的方法,通过一次刚性测压试验和多次有限元分析来解决,这显然更经济合理。本文将以上海世茂中庭采光顶项目为例,详细地介绍上述风致响应计算方法及其有关结论。