间隔性天窗启闭对网壳结构风荷载影响规律的试验研究

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作者 李宇青 王昕 +2 位作者 刘小兵 陈安杰 崔会敏 《振动与冲击》 北大核心 2025年第6期176-183,共8页

大跨柱面网壳结构由于质量轻、柔度大,对风荷载比较敏感,在顶部开启间隔性天窗对结构的抗风性能具有较大的影响。以某大跨度柱面网壳结构为研究对象,通过刚性模型测压风洞试验方法,分析了在不同风向角下顶部间隔性天窗启闭对结构的体型... 大跨柱面网壳结构由于质量轻、柔度大,对风荷载比较敏感,在顶部开启间隔性天窗对结构的抗风性能具有较大的影响。以某大跨度柱面网壳结构为研究对象,通过刚性模型测压风洞试验方法,分析了在不同风向角下顶部间隔性天窗启闭对结构的体型系数、整体力系数以及极值风压系数的影响规律。结果表明:天窗的启闭对结构外表面风荷载影响整体较小,对内表面风荷载的影响比较明显。内表面风荷载的变化是导致结构风荷载随天窗启闭变化的主要原因。在跨向来流下,与天窗关闭时相比,当天窗开启时,结构的跨向整体力更大,增大幅度约为34%,这种“增大效应”随着来流偏离跨向逐渐减弱,当偏离跨向60°时基本消失;结构的竖向整体力更小,减小幅度约为47%,这种“减小效应”随着来流偏离跨向逐渐减弱,但即使偏离90°(纵向来流)时仍存在。与天窗关闭时相比,天窗开启时结构的正向极值风压力增大,大部分区域的负向极值风吸力减小,但天窗局部区域的负向极值风吸力有所增大。 展开更多

关键词 大跨柱面网壳结构 间隔性天窗 风洞试验 整体力系数 极值风压系数

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基于改进的Canopy-k-means的大跨屋盖表面风荷载分区方法 被引量：1

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作者 李玉学 纪君 董阳 《河北科技大学学报》 CAS 北大核心 2024年第5期530-538,共9页

针对k-means聚类算法在大跨屋盖结构表面风荷载分区计算中,聚类数k值随机选取容易导致结果不稳定和计算效率低等问题,提出改进的Canopy-k-means聚类算法。首先,引入Canopy算法并对其初始阈值和聚类中心的选取方式进行改进,减少初始值选... 针对k-means聚类算法在大跨屋盖结构表面风荷载分区计算中,聚类数k值随机选取容易导致结果不稳定和计算效率低等问题,提出改进的Canopy-k-means聚类算法。首先,引入Canopy算法并对其初始阈值和聚类中心的选取方式进行改进,减少初始值选取的盲目性,以提高风荷载分区结果的可靠性;其次,通过改进Canopy算法对风荷载数据集进行预处理,快速准确地确定聚类数k值;第三,将改进Canopy算法与k-means结合使用,实现最优分类数k值的精准识别,使得改进的Canopy-k-means聚类算法进行大跨屋盖结构表面风荷载分区时能够快速准确地得到分区结果;最后,以一大跨柱面屋盖干煤棚结构为例,基于风洞试验所得结构表面风荷载数据测试结果,采用所提改进的Canopy-k-means聚类算法对其表面风荷载进行分区计算。结果表明,采用改进的Canopy-k-means聚类算法,将0°、50°和90°风向角时大跨屋盖表面风荷载划分为了3个不同的分区,其对应的SD值分别为2.36、3.51和2.52,较传统k-means聚类算法所得对应值明显降低,类内紧凑性和类间分散性明显提升。所提改进Canopy-k-means聚类算法能够快速准确地得到最优分区结果,对大跨屋盖表面风荷载分区具有工程参考价值。 展开更多

关键词 薄壳结构 风荷载测压 风荷载分区 K-MEANS聚类算法 Canopy算法

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福建圆形土楼悬挑屋盖风荷载特性及气动抗风措施研究

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作者 李玉学 郑千慧 李海云 《防灾减灾工程学报》 CSCD 北大核心 2024年第2期333-342,共10页

福建圆形土楼悬挑屋盖属于风敏感结构,且处于我国台风多发区,为提升结构的风灾防御水平,保障其抗风安全,采用CFD数值模拟方法对屋盖表面风荷载分布特性进行研究,同时提出了增强其抗风性能的气动抗风措施。研究表明:圆形土楼悬挑屋盖迎... 福建圆形土楼悬挑屋盖属于风敏感结构,且处于我国台风多发区,为提升结构的风灾防御水平,保障其抗风安全,采用CFD数值模拟方法对屋盖表面风荷载分布特性进行研究,同时提出了增强其抗风性能的气动抗风措施。研究表明:圆形土楼悬挑屋盖迎风面风压较大,其中,内、外悬挑屋盖端部风压系数绝对值最大,分别达到1.5和0.75,属于风荷载敏感部位;在外悬挑屋盖端部加设竖直挡风板和波纹挡风板均可以一定程度地卸载上述风荷载敏感部位的风压值,综合比较,设置波纹挡风板较竖直挡风板对风压卸载效果更好;对于设置波纹挡风板,当其相对高度h/Hj=0.05(h为波纹挡风板高度,Hj为地面到屋脊处距离)、倾角θ=-45°、波纹圆弧半径R=5.5 m时整体对屋盖表面风压卸载效果最优,其内、外悬挑屋盖端部风压系数卸载率分别达到40.1%和54%,原因在于倾斜布置的波纹挡风板对悬挑屋盖表面来流起到阻挡作用,使得气流撞击形成的漩涡从屋盖悬挑端转移到挡风板表面,同时波纹的存在降低了内、外悬挑屋盖表面气流漩涡强度,从而达到卸载屋面风荷载的效果。 展开更多

关键词 福建圆形土楼 悬挑屋盖 风荷载特性 抗风措施 卸载机理

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龙卷风作用下大跨柱面煤棚风荷载特性研究

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作者 李玉学 董阳 陈铁 《防灾减灾工程学报》 CSCD 北大核心 2024年第6期1418-1427,共10页

为了探究龙卷风作用下大跨柱面煤棚结构风荷载特性,以某大跨柱面煤棚为工程背景,采用CFD数值模拟方法分析了龙卷风移动速度、角度路径和径向距离对大跨柱面煤棚风荷载的影响规律,并根据分析结果对煤棚表面龙卷风荷载进行风压分区,为工... 为了探究龙卷风作用下大跨柱面煤棚结构风荷载特性,以某大跨柱面煤棚为工程背景,采用CFD数值模拟方法分析了龙卷风移动速度、角度路径和径向距离对大跨柱面煤棚风荷载的影响规律,并根据分析结果对煤棚表面龙卷风荷载进行风压分区,为工程设计提供建议。研究结果表明:龙卷风作用下煤棚表面风荷载以风吸力为主,结构位于d=0Rm位置处,煤棚表面风压系数呈中心对称分布,结构位于d=1.0Rm位置处,煤棚表面存在最大风压系数差,最大及最小风压系数差值约为负风压系数极值的1.88倍;龙卷风移动速度的增加使右侧边区的流动分离现象增强,风压绝对值随之增大,但当龙卷风移动速度到达一限值后,风压系数不会增加并有下降的趋势;相比0°路径,在45°角路径下,煤棚表面最大负风压系数为-1.8,在90°角路径下,煤棚右下角部流动分离现象减弱,最大负风压绝对值随之减小;龙卷风移动速度对A2区及D区影响较大,在同一角度路径下,龙卷风移动速度不同时,A2区风压系数绝对值变化幅度最高可达28%,D区风压系数绝对值变化幅度最高可达46%,相较其他路径,在90°角路径下,除B2区之外的分区风压系数差别较大,较大风压均出现在角部及边缘区域,工程设计时应加强结构角部及边缘区屋面板的设计。 展开更多

关键词 龙卷风荷载 数值模拟 移动速度 角度路径 风压系数

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圆角方柱气动特性的风洞试验研究 被引量：1

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作者 杨群 于畅 +1 位作者 于文文 刘小兵 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2023年第24期59-68,共10页

通过刚性模型测压风洞试验在均匀流场中测试了标准方柱和圆角率分别为0.1,0.2,0.3和0.4的圆角方柱在12万雷诺数及0°~45°风向角内的表面风压,进而分析了风向角以及圆角率对模型气动特性的影响规律。结果表明:随着风向角的增大... 通过刚性模型测压风洞试验在均匀流场中测试了标准方柱和圆角率分别为0.1,0.2,0.3和0.4的圆角方柱在12万雷诺数及0°~45°风向角内的表面风压,进而分析了风向角以及圆角率对模型气动特性的影响规律。结果表明:随着风向角的增大,圆角方柱的平均阻力系数均先减小后增大,最后趋于平稳,平均升力系数则先增大后减小,最后趋于稳定,圆角方柱平均升/阻力系数取得最大(或最小)值的风向角小于标准方柱,其中:圆角率为0.1的圆角方柱在7.5°附近,圆角率为0.2,0.3,和0.4的圆角方柱则在5°附近;当风向角小于10°时,圆角方柱的脉动升力系数随风向角增大先减小后增大且远小于标准方柱;当风向角大于10°时,圆角方柱的脉动升力系数随风向角增大变化较小且略大于标准方柱;圆角方柱的斯特劳哈尔数随风向角的增大均呈现出先增大后减小的趋势,最大值随圆角率的增大逐渐增大。 展开更多

关键词 圆角方柱 风洞试验 气动特性 圆角率 风向角

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能量等效大跨屋盖结构三分量多目标等效静力风荷载

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作者 李玉学 冯励睿 +1 位作者 李海云 田玉基 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2022年第9期276-282,298,共8页

针对大跨屋盖结构风效应静力等效分析中需要考虑多响应目标问题,与脉动风振响应背景分量、共振分量及其二者耦合项分量(简称三分量)相对应,提出一种大跨屋盖结构三分量多目标等效静力风荷载分层分析法。首先,基于能量等效,考虑结构所有... 针对大跨屋盖结构风效应静力等效分析中需要考虑多响应目标问题,与脉动风振响应背景分量、共振分量及其二者耦合项分量(简称三分量)相对应,提出一种大跨屋盖结构三分量多目标等效静力风荷载分层分析法。首先,基于能量等效,考虑结构所有节点响应,分别推导了三分量多目标等效静力风荷载表达式;其次,根据三分量响应能量对脉动风振总响应能量的贡献程度,定义三分量能量贡献系数,据此系数实现大跨屋盖结构三分量响应层次划分,并针对不同层次结构,制定了相应的总等效静力风荷载组合求解方法;最后,以北京奥林匹克公园网球中心赛场屋盖结构为例,对其三分量响应层次划分,根据划分结果,组合得到结构总等效静力风荷载。同时对总等效静力风荷载作用下的结构静力响应与频域分析所得目标响应进行对比,发现二者吻合较好,能够满足实际工程要求,说明所提方法有效且具有工程应用价值。 展开更多

关键词 大跨屋盖结构 等效静力风荷载 多目标 能量等效 三分量

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栏杆对景区人行悬索桥主梁涡振性能影响研究

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作者 李玉学 胡志勇 +1 位作者 董阳 赵莉 《河北工程大学学报（自然科学版）》 CAS 2024年第4期59-66,共8页

为研究桥面栏杆对主梁涡振性能的影响,以国内某座宽跨比为0.0284的景区人行悬索桥为工程背景,采用CFD数值模拟方法分别对有栏杆、无栏杆主梁的涡振响应特性进行分析计算,并针对桥面栏杆的栏杆形式、不同透风率对主梁涡振特性的影响规律... 为研究桥面栏杆对主梁涡振性能的影响,以国内某座宽跨比为0.0284的景区人行悬索桥为工程背景,采用CFD数值模拟方法分别对有栏杆、无栏杆主梁的涡振响应特性进行分析计算,并针对桥面栏杆的栏杆形式、不同透风率对主梁涡振特性的影响规律进行分析总结。在此基础上,从涡脱演化形式、风压系数分布揭示其对主梁涡振性能的影响机理。研究结果表明,设置栏杆后,主梁的最大涡振幅值达到无栏杆主梁的2.2倍;增大栏杆弧度会引起主梁涡振幅值增大,但增大栏杆透风率可以有效降低主梁涡振幅值;相较于无栏杆,有栏杆主梁上表面形成的漩涡尺度更大、数量更多,平均风压系数和脉动风压系数曲线均出现较大波动,这种较大波动在一定程度上说明了设置栏杆后主梁涡振幅值增大的原因。 展开更多

关键词 景区人行悬索桥 桥面栏杆 涡振特性 涡脱演化 栏杆透风率 栏杆形式

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列车运行致高速铁路全封闭声屏障气动荷载研究 被引量：6

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作者 李玉学 陈玄烨 《铁道建筑》 北大核心 2023年第6期81-88,共8页

采用动态层铺法对高速列车以350 km/h通过京雄高速铁路410 m全封闭声屏障过程进行计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)数值模拟,并对单车通过、在声屏障1/4跨和1/2跨处会车三种工况下全封闭声屏障表面气动荷载进行分析。... 采用动态层铺法对高速列车以350 km/h通过京雄高速铁路410 m全封闭声屏障过程进行计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)数值模拟,并对单车通过、在声屏障1/4跨和1/2跨处会车三种工况下全封闭声屏障表面气动荷载进行分析。结果表明:三种工况下,全封闭声屏障不同断面位置风压差异较大;同一工况下,出入口处断面测点风压持续时间较短,越靠近1/2跨位置,断面测点风压持续时间越长;会车工况下,全封闭声屏障断面测点风压变化复杂,且数值较大,在1/2跨处会车工况下,断面测点出现了正、负风压最大值,分别为单车行驶工况下的1.37倍和2.23倍,是全封闭声屏障表面气动风压的最不利工况;在最不利工况下,全封闭声屏障断面测点风压呈正-负-正的变化规律,但风压数值明显不同,且列车车头经过处断面测点风压极值大于列车尾部经过处断面测点风压极值,同时在全封闭声屏障出入口处出现了较大的断面环向压差,其最大正、负断面环向压差值分别达到40.4%和29.1%。建议全封闭声屏障结构设计中用到气动风荷载时分别按照正、负风压极值与相应的断面环向压差进行组合。 展开更多

关键词 高速铁路 全封闭声屏障 数值模拟 气动荷载 分布特性

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大跨人行悬索桥纵横主梁涡振性能研究 被引量：1

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作者 李玉学 马草原 李海云 《石家庄铁道大学学报（自然科学版）》 2023年第2期7-13,共7页

为掌握大跨人行悬索桥纵横主梁涡振性能,以国内拟建的一座宽跨比为0.0284的人行悬索桥为工程背景,对其涡振响应特性及发生机理进行了研究。采用数值方法分析了该主梁涡振响应、流场涡脱演化、风压分布以及涡激振动贡献系数在-3°、0... 为掌握大跨人行悬索桥纵横主梁涡振性能,以国内拟建的一座宽跨比为0.0284的人行悬索桥为工程背景,对其涡振响应特性及发生机理进行了研究。采用数值方法分析了该主梁涡振响应、流场涡脱演化、风压分布以及涡激振动贡献系数在-3°、0°和3°风攻角下的特性。结果表明,随着风攻角由正转负,主梁竖弯涡振性能变差,其风速锁定区间向低风速区偏移,最大竖弯涡振幅值增大,最不利扭转涡振出现在0°风攻角下。由于主梁下表面多个工字钢纵梁的阻挡作用,导致主梁下部气流旋涡运动状态复杂,其对涡振响应影响显著。脉动风压系数随风攻角的变化规律复杂,主梁上、下表面脉动风压系数极值分别出现在-3°和3°风攻角下。不同风攻角下,主梁上、下表面的涡激振动正贡献系数极值均出现在尾流端且作用范围较大,此为结构竖弯涡振响应的主要贡献区域。 展开更多

关键词 人行悬索桥 纵横主梁 涡振响应 涡振机理 流场演化

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不同宽高比双边箱梁气动特性试验研究

10

作者 张德旺 王欣 +1 位作者 杨群 刘小兵 《石家庄铁道大学学报（自然科学版）》 2023年第4期20-27,共8页

为了对实际工程中双边箱梁的抗风设计提供参考,采用节段模型风洞测压和测力试验相结合的方法研究了双边箱梁的气动特性。首先,对比分析了不同宽高比双边箱梁的三分力系数随风攻角的变化规律;然后,通过分析风压分布规律初步探讨了三分力... 为了对实际工程中双边箱梁的抗风设计提供参考,采用节段模型风洞测压和测力试验相结合的方法研究了双边箱梁的气动特性。首先,对比分析了不同宽高比双边箱梁的三分力系数随风攻角的变化规律;然后,通过分析风压分布规律初步探讨了三分力系数变化的机理;最后,通过对比分析升力系数的傅里叶幅值谱,揭示不同宽高比双边箱梁的旋涡脱落特性。结果表明,宽高比对阻力系数的影响主要体现在较大的正攻角,对升力系数和扭矩系数的影响主要体现在较大的负攻角。旋涡脱落特性与双边箱梁的宽高比和风攻角均密切相关。 展开更多

关键词 双边箱梁 气动特性 宽高比 风洞测力试验 风洞测压试验

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不同宽高比宽幅双箱结合梁的气动力特性及流场机理研究

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作者 张晓 赵仁燕 +2 位作者 张德旺 刘小兵 李慧君 《振动与冲击》 2025年第8期315-324,共10页

以国内某宽幅双箱结合梁桥为背景,采用风洞试验和数值模拟相结合的方法对不同宽高比宽幅双箱结合梁的气动力特性及流场机理进行了研究。首先,在实桥宽高比为12.8时选取-10°~10°,间隔为2°,共11个风攻角进行研究。然后,在0... 以国内某宽幅双箱结合梁桥为背景,采用风洞试验和数值模拟相结合的方法对不同宽高比宽幅双箱结合梁的气动力特性及流场机理进行了研究。首先,在实桥宽高比为12.8时选取-10°~10°,间隔为2°,共11个风攻角进行研究。然后,在0°风攻角(水平来流方向)下,结合实际工程中双箱结合梁宽高比的取值范围,选取六种不同大小的宽高比(9.0、11.0、12.8、15.0、17.0和19.0)进行研究。结果表明:在实桥宽高比下,随风攻角由-10°变化到10°时,双箱结合梁的阻力系数先减小后增大;升力方向由向下变为向上,升力系数绝对值先减小后增大;扭矩方向由逆时针变为顺时针,且顺时针的扭矩系数先增大后减小。当风攻角为0°时,随着结合梁宽高比的增大,阻力系数先不变后增大;升力方向由向下变为向上,升力系数绝对值先减小后增大;扭矩系数逐渐减小。针对0°风攻角下不同宽高比的宽幅双箱结合梁,给出了三分力系数的计算公式,可为实际工程中宽幅双箱结合梁的风荷载设计提供参考。 展开更多

关键词 宽幅双箱结合梁 风洞试验 数值模拟 气动力特性 流场机理 宽高比

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顺向正弦来流下4∶1矩形柱气动力和绕流流场数值模拟研究

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作者 靖洪淼 许浩然 +3 位作者 李维康 赵万茹 崔胜楠 乔明哲 《振动与冲击》 2025年第9期25-36,共12页

在湍流来流中,矩形柱绕流流场具有不同于均匀流中的流动形态。为深入了解顺向脉动来流对矩形柱绕流流场的影响,采用三维大涡模拟(large-eddy simulations, LES)方法,对不同频率顺向正弦来流下宽高比4∶1矩形柱气动力和流场特性进行研究... 在湍流来流中,矩形柱绕流流场具有不同于均匀流中的流动形态。为深入了解顺向脉动来流对矩形柱绕流流场的影响,采用三维大涡模拟(large-eddy simulations, LES)方法,对不同频率顺向正弦来流下宽高比4∶1矩形柱气动力和流场特性进行研究,深入探讨了升阻力系数、背压系数、斯特劳哈尔数、回流长度和再附长度等参数的变化规律,并比较了均匀流与正弦来流下4∶1矩形柱的流场结构及演化过程。研究表明:矩形柱绕流流场结构受来流条件影响显著;在顺向正弦来流下,4∶1矩形柱阻力系数主频与来流频率基本一致,当f_u/f_0≥0.3时,在升力方向上正弦来流占据主导地位,交替旋涡脱落被强烈抑制;当来流频率f_u增大时,回流长度保持增大态势,而再附长度先增大后减小,在f_u/f_0=0.3时达到最大值;在正弦来流中,矩形柱前缘上下两侧旋涡对称分离,尾部旋涡脱落与前缘不同步,尾缘旋涡交替脱落并在尾流中破碎为小尺度旋涡。 展开更多

关键词 顺向正弦来流 4∶1矩形柱 大涡模拟(LES) 气动力特性 流场

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