结构风荷载数值模拟研究

膜结构风荷载的数值模拟研究一、本文概述本文旨在探讨膜结构风荷载的数值模拟研究，深入解析膜结构在风作用下的动态响应及其优化设计。

风荷载作为影响膜结构性能的关键因素之一，对其进行精确模拟和预测对于确保膜结构的安全性和稳定性具有重要意义。

本文首先将对膜结构风荷载的基本理论进行阐述，包括风荷载的形成机制、影响因素及其计算方法。

随后，将详细介绍数值模拟技术在膜结构风荷载研究中的应用，包括常用的数值模拟方法、模型建立与验证等方面。

在此基础上，本文将深入探讨膜结构风荷载数值模拟的关键技术和挑战，如流动模型的选取、边界条件的设定、湍流模拟的准确性等。

本文还将对膜结构风荷载数值模拟研究的未来发展趋势进行展望，以期为膜结构的设计、施工和维护提供理论支持和实践指导。

二、膜结构风荷载理论基础膜结构作为一种轻质、柔性的建筑结构，其风荷载特性与传统的刚性结构有很大的不同。

膜结构在风荷载作用下的响应是一个复杂的流固耦合问题，涉及空气动力学、结构力学、材料力学等多个学科领域。

因此，研究膜结构风荷载的理论基础，对于准确预测膜结构的风致响应和保证结构的安全性具有重要意义。

风荷载是指作用在建筑物或其他结构上的由风引起的力。

根据风荷载的作用方式和特性，可以将其分为静力风荷载和动力风荷载两类。

静力风荷载是指风对结构产生的平均压力或吸力，而动力风荷载则是由风的脉动性引起的结构上的周期性或非周期性变化的力。

由于膜结构具有轻质、柔性、大跨度等特点，其风荷载特性也表现出一些特殊性。

膜结构对风的敏感性较高，即使是较小的风速变化也可能引起结构的显著响应。

膜结构的风荷载分布不均，不同位置的风压差异较大，这可能导致结构的局部破坏。

膜结构的动力特性使其在风荷载作用下易产生共振现象，从而加剧结构的振动和破坏。

膜结构风荷载的计算方法主要包括经验公式法、风洞试验法和数值模拟法。

经验公式法是基于大量的风洞试验数据和现场观测数据建立的简化计算公式，适用于一般工程应用。

建筑物风荷载的数值模拟与结构响应评估建筑物风荷载是指建筑结构所受到的由风引起的压力和力矩。

风荷载是设计建筑物的重要参数之一，对于确保建筑结构的安全性、稳定性和耐久性具有重要意义。

为了评估建筑物的结构响应，需要进行风荷载的数值模拟和力学分析。

一、建筑物风荷载的数值模拟建筑物风荷载的数值模拟是基于风工程学原理和计算方法进行的。

主要包括以下几个步骤：1. 风速和风向场的描述：通过气象数据和数学模型，描述建筑物所在地点的风速和风向场。

常用的风速和风向模型包括Kaimal模型、Julian-Smith模型等。

2. 风荷载的计算：根据风速和风向场，采用压力系数法或力矩系数法计算建筑物所受到的风荷载。

通过与试验数据的对比和修正，获得较准确的风荷载数值。

3. 建筑物模型的建立：将建筑物划分为离散的风受体，建立建筑物的数值模型。

常用的建模方法包括网格法、面元法和质点法等。

4. 风荷载分布的计算：将风荷载作用于建筑物模型上，计算每个风受体所受到的风荷载。

可以通过有限元法或离散元法进行计算。

5. 风荷载时程的模拟：考虑风场随时间变化的特点，进行风荷载时程的模拟。

常用的方法包括随机模拟法、非平稳风场变化模拟等。

二、建筑物结构响应的评估1. 结构的动力响应：根据建筑物的动力特性，采用结构动力学原理，计算建筑物在风荷载作用下的动态响应。

常用的方法包括质点法、有限元法和离散元法等。

2. 结构的位移与应力评估：根据动力响应结果，评估结构的位移和应力状况，判断结构的安全性和稳定性。

可以采用应力-应变关系曲线和弹性正应力理论对结构进行评估。

3. 结构的破坏和损伤评估：对于承受较大风荷载的建筑物，需要评估结构的破坏和损伤情况。

通过损伤模型和破坏准则，分析结构的破坏模式和损伤程度，为结构的修复和加固提供依据。

建筑物风荷载的数值模拟与结构响应评估是建筑结构设计的关键环节之一。

通过精确的风荷载数值模拟和结构响应评估，可以为建筑物的设计与施工提供科学依据，确保建筑结构的安全可靠性。

基于风洞实验和数值模拟的大跨度桥梁风荷载研究大跨度桥梁的风荷载研究在工程领域具有重要的意义。

风荷载是指桥梁在风场中所受到的气动作用力，对桥梁的结构稳定性和安全性有着直接的影响。

为了准确评估大跨度桥梁的风荷载，通常使用风洞实验和数值模拟两种方法进行研究。

风洞实验是一种基于模型的实验方法，它可以在实验室中模拟真实的风场环境，通过测量模型所受到的风压力来评估风荷载。

风洞实验具有直观、准确的优点，可以提供大量的实验数据用于分析和研究。

然而，由于受到实验条件的限制，风洞实验往往只能对狭窄的风荷载范围进行研究，并不能完全覆盖大跨度桥梁的实际情况。

数值模拟是利用计算机模拟方法对大跨度桥梁的风荷载进行研究。

数值模拟通过对流体力学原理和计算流体力学方法的应用，可以对复杂的风场环境进行模拟，并计算桥梁结构所承受的风压力。

数值模拟不受实验条件的限制，可以对大跨度桥梁的各种风荷载情况进行研究和分析。

然而，数值模拟需要建立准确的数学模型，对边界条件和参数的选取有一定的要求，并且需要耗费大量的计算资源。

风洞实验和数值模拟相辅相成，可以互相验证和补充。

风洞实验可以提供实验数据用于数值模拟的验证和校正，同时数值模拟可以对风洞实验中无法测量到的细节进行预测和分析。

通过综合利用这两种方法，可以得到更准确、可靠的大跨度桥梁风荷载数据。

在大跨度桥梁风荷载研究中，还需要考虑桥梁的结构形式和空气动力学特性对风荷载的影响。

大跨度桥梁通常包括悬索桥、斜拉桥和梁-吊杆桥等结构形式，每种结构形式在风场中所受到的风荷载特性也有所不同。

此外，桥梁的气动特性如激振频率、气动阻尼等也会对风荷载产生影响。

因此，在进行大跨度桥梁风荷载研究时，需要综合考虑这些因素，以得到最准确的结果。

总之，大跨度桥梁风荷载的研究是一个复杂而重要的课题。

通过风洞实验和数值模拟相结合的方法，可以对大跨度桥梁的风荷载进行全面而准确的评估，为桥梁的设计和施工提供科学依据。

/THESIS论文100责任编辑/曹晶磊 美术编辑/王德本高墩桥梁施工期风荷载数值模拟计算刘梦捷 蒋明敏（中建路桥集团有限公司，河北 石家庄 050001）摘要：风荷载是桥梁设计与建造过程中的重要影响因素。

一直以来，桥梁风荷载的研究多以风洞试验为主，但是风洞试验周期长且费用高。

本文基于CFD理论，利用Gambit对胭脂河峡谷地形建模，模拟了桥址附近的风场环境，研究了主梁在不同风攻角下的风场分布规律，并计算了主梁断面静力三分力系数，为桥梁抗风分析做了参考。

关键词：高墩；风攻角；数值模拟；静力三分力系数 图1 体轴坐标系下三分力胭脂河大桥位于河北省阜平县胭脂河河谷上，地形的起伏容易使某个区域的风速增大，胭脂河桥址地区为峡谷地形，地形起伏，风环境复杂，风场受地形影响较大。

有必要模拟桥址地区的风场并分析。

桥梁在施工期，最大悬臂状态下的刚度最小，风对桥梁影响最大，故本文选取研究了桥梁施工期的最大悬臂状态。

运用Fluent软件计算胭脂河桥址地区的风场环境数值。

通过改变风攻角和得到胭脂河桥梁周围的风场特性，并计算胭脂河桥主梁断面静力三分力系数。

一、数值模拟（一）静力三分力系数三分力无量纲化就是三分力系数。

静力三分力分为阻力、升力和静力矩。

体轴坐标系下的三分力形式，如图1所示。

图1是以桥梁主梁截断面建立坐标系来定义风荷载三分力，但是在桥梁节段风洞试验时，是按照风的来流方向建立坐标系。

为了方便，需要将体轴下的静力三分力系数转换到风轴之下，如图2所示。

对比发现静力矩在两个坐标系下相同，将风轴坐标系下的三分力表示为升力、阻力和静力矩。

那么两个坐标系下的转换关系如式1所示，式中α为瞬时风攻角。

（1）三分力系数转换为单位长度的静力风荷载计算方法如下。

（1）体轴坐标系： （2a）（2b）（2c）（2）风轴坐标系： （3a） （3b）（3c）式中U为平均风速；D为主梁断面高；B为主梁断面宽；ρ为空气密度；C H 、C V 、C M 为体轴坐标系下对应的三分力系数；C D 、C L 、C M 为风轴坐标下对应的三分力系数。

土木工程随机风场数值模拟研究的进展前言土木工程是应用力学原理和材料力学理论等基础理论，通过工程技术手段，设计、建造、改造和维护各种土木工程，包括建筑物、桥梁、隧道、码头等。

而在土木工程领域中，风荷载是一种重要的载荷形式，对于工程的安全性和稳定性有着重要的影响。

因此，研究土木工程中的风荷载，尤其是随机风荷载，具有重要意义。

一、土木工程中随机风荷载的定义广义上，随机风荷载可以定义为风速在短时间内发生随机波动，所引起的土木工程物体的风力系数和风荷载系数所对应的随机振动。

这种荷载属于非定常荷载，具有随机性、不可预测性、不确定性等特点。

在土木工程设计中，准确描述和考虑这种荷载对工程的影响是至关重要的。

二、随机风荷载的数值模拟研究为研究土木工程中的随机风荷载，数值模拟研究是一种常用的手段。

数值模拟可以通过计算机模拟大气流场和风荷载，分析研究风荷载的统计特性、随机特性以及对土木工程结构的影响等。

这种研究方法具有较高的可重复性、可靠性以及工程实践意义。

1、数值模拟方法目前，常用的数值模拟方法主要有三种：直接数值模拟方法、随机对流体模拟方法和地表风场数值模拟方法。

（1）直接数值模拟方法（DNS）直接数值模拟方法是通过计算大气流场的Navier-Stokes方程，求解其粘性层和惯性层的一系列参数，着重考虑了大气流场的各种细节。

这种方法可以提供精细的风荷载和风速分布信息，但由于计算规模的限制，只适用于小范围内模拟。

（2）随机对流体模拟方法（LES）随机对流体模拟方法将大气分为小的空气单元，通过对单元的运动和相互作用进行数值模拟，可以求解出空气流场的参数，从而计算出风荷载和风速分布。

该方法既考虑了大气流场的基本特性，又考虑了流场的波动特性，适用于模拟中等尺度的大气流场。

（3）地表风场数值模拟方法（RANS）地表风场数值模拟方法是对大气流场进行平均化，将其分为两个区域：动底层和稳定层，运用现有的流动模型进行数值模拟。

该方法时间效率高，适用范围广，是工程设计中最常使用的方法之一。

高耸结构风振响应和振动控制的数值模拟摘要：由于高耸结构高度大，刚性柔，阻尼小等特点，使得风荷载成为其控制荷载。

为了满足高耸结构的观光，通信和电力传输等需要，有必要对结构的风致振动进行控制。

以某电视塔为例，建立其三维有限元几何模型，并计算其动力特性。

基于谐波叠加法模拟的脉动风速时程样本，在时域内计算了结构顺风向的动力响应。

根据结构自身特点布置了多个调频质量阻尼器(MTMD)控制装置并进行了参数优化，同时计算了考虑结构在MTMD控制下的动力响应，最后对控制效果进行评估。

数值计算表明，采用MTMD装置可有效降低结构的动力响应。

关键词：高耸结构；风振响应；振动控制；数值模拟中图分类号：文献标识码：The Numerical Simulation of Wind-induced Vibration and The Vibration Control ofThe High-rise StructureAbstract:Because high-rise structures are commonly high and comparatively flexible with low damping,wind load is the dominant load on these structures.In order to satisfy the requirements of sightseeing, communications and power transmission,it is necessary to control the wind-induced vibration. Three-dimensional finite element model of a TV tower is established and its dynamic characteristic is calculated.Dynamic response is then computed in the time domain based on the simulated wind load time series by the harmonic superposition method.A layout of multiple tuned mass dampers(MTMD) is designed according to the feature of the structure and a parameter optimization of MTMD is performed. Then wind-induced response of the structure is studied under the control of MTMD and the control efficiency is evaluated. The results show that the response of structure is decreased under the control of MTMD.Keywords:High-rise structure; Wind-induced response; Vibration control; Numerical Simulation高耸结构是一种特殊的结构形式，具有高度高，刚度柔，阻尼小，外形细长等特点，广泛应用于广播电视、电力和通信等领域。

高层建筑风荷载的数值模拟计算一、高层建筑风荷载概述高层建筑由于其高度和结构特点，在设计和施工过程中，必须考虑风荷载的影响。

风荷载是指风对建筑物产生的压力和吸力，它对建筑物的稳定性和安全性具有重要影响。

随着城市化进程的加快，高层建筑日益增多，对高层建筑风荷载的研究也日益深入。

1.1 高层建筑风荷载的特点高层建筑风荷载具有以下特点：- 动态性：风荷载随时间变化，具有不确定性。

- 非线性：风荷载与风速、建筑物形状和尺寸等因素的关系复杂。

- 空间分布性：风荷载在建筑物表面的空间分布不均匀。

1.2 高层建筑风荷载的影响因素影响高层建筑风荷载的因素主要包括：- 风速：风速的高低直接影响风荷载的大小。

- 风向：不同风向对建筑物的风荷载有不同的影响。

- 建筑物形状：建筑物的形状和尺寸会影响风荷载的分布。

- 周围环境：建筑物周围的地形、建筑物等环境因素也会对风荷载产生影响。

二、高层建筑风荷载的数值模拟计算方法数值模拟计算是研究高层建筑风荷载的重要手段。

通过数值模拟，可以更准确地预测和分析风荷载对高层建筑的影响。

2.1 数值模拟计算的理论基础数值模拟计算的理论基础主要包括：- 流体力学：研究风荷载的产生机理和传播过程。

- 结构力学：分析风荷载对建筑物结构的影响。

- 概率论与数理统计：分析风荷载的不确定性和随机性。

2.2 数值模拟计算的方法常用的数值模拟计算方法有：- 有限元方法：通过离散化手段，将连续的流体域和结构域转化为有限元模型，进行数值计算。

- 计算流体动力学(CFD)：采用数值方法求解流体力学的控制方程，模拟风荷载的产生和传播过程。

- 蒙特卡洛模拟：利用随机抽样技术，模拟风荷载的不确定性和随机性。

2.3 数值模拟计算的步骤数值模拟计算的一般步骤包括：- 建立模型：根据建筑物的实际情况，建立风荷载作用下的流体域和结构域模型。

- 确定参数：确定风速、风向、建筑物形状等参数。

- 进行计算：采用数值方法进行计算，得到风荷载的分布和大小。

结构抗风性能的数值模拟研究风是自然界中常见的一种现象，对于建筑物、桥梁、高塔等结构来说，风的作用可能会带来严重的影响。

为了确保这些结构在风荷载作用下的安全性和稳定性，对其抗风性能的研究至关重要。

数值模拟作为一种有效的研究手段，在结构抗风性能研究中发挥着重要作用。

数值模拟是基于数学模型和计算方法，通过计算机来模拟结构在风场中的响应。

与传统的风洞试验相比，数值模拟具有成本低、效率高、可重复性好等优点。

它可以在设计阶段就对结构的抗风性能进行评估和优化，为工程设计提供重要的参考依据。

在进行结构抗风性能的数值模拟时，首先需要建立合理的数学模型。

这包括对风场的模拟和对结构的建模。

风场的模拟通常采用湍流模型，如 kepsilon 模型、雷诺应力模型等，来描述风的湍流特性。

对于结构的建模，则需要根据其几何形状、材料特性和边界条件等进行精确的描述。

常见的结构有限元模型包括梁单元、壳单元和实体单元等。

数值模拟中的关键步骤之一是网格划分。

网格的质量和密度直接影响模拟结果的准确性和计算效率。

一般来说，在结构的关键部位和风场变化剧烈的区域需要采用较密的网格，而在其他区域可以适当采用较稀疏的网格。

同时，还需要选择合适的求解算法和计算参数，以保证模拟的收敛性和稳定性。

在模拟结构的风致响应时，需要考虑多种因素。

例如，风对结构的作用不仅包括平均风荷载，还包括脉动风荷载。

脉动风荷载会引起结构的振动，甚至可能导致共振现象。

因此，需要准确模拟脉动风的特性，并考虑结构的动力响应。

此外，结构的几何形状、表面粗糙度、周围环境等因素也会对风荷载产生影响，在数值模拟中都需要予以考虑。

以高层建筑为例，数值模拟可以帮助我们研究其在风荷载作用下的表面风压分布、位移响应和加速度响应等。

通过模拟不同风向角下的风荷载，可以确定结构的最不利风荷载工况，为结构设计提供依据。

同时，还可以通过模拟不同的建筑外形和结构布置，来优化结构的抗风性能，如减小风阻、降低风振响应等。

数值仿真技术在结构风工程中的应用综述【摘要】：结合结构抗风设计的任务及方法，对计算流体力学用于现代结构设计的意义及研究现状进行系统的论述，为工程技术人员熟悉了解数值仿真技术在结构抗风设计中的应用提供完整的线索。

【关键词】：数值风洞，流固耦合，湍流模型，自适应网格划分【 abstract 】 : combined with the wind-resistant design of structures task and method, the computational fluid dynamics for modern structure design of the significance and the present research situation of system, this paper for engineering and technical personnel to be familiar with numerical simulation technology in structural design of the application of the wind resistance to provide a complete clues.【 keywords 】 : numerical wind tunnel, fluid-solid coupling, turbulence model, adaptive grid partition 中图分类号：k826.16文献标识码：a 文章编号：一、前言在高层及超高层建筑的设计过程中，风荷载通常会取代地震荷载成为结构设计的主要控制荷载，这一特点在我国沿海城市的结构设计工作中尤其明显：经济发达，高层及超高层建筑林立，抗震设防烈度普遍不高，但风荷载较大，甚至需要应对台风等极端天气的影响。

因此，在高层建筑设计过程中，风荷载取值的准确性不仅关系到结构安全，同时对工程经济性指标发挥着举足轻重的控制作用。

膜结构风荷载下载温馨提示：该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。

文档下载后可定制随意修改，请根据实际需要进行相应的调整和使用，谢谢!并且，本店铺为大家提供各种各样类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，如想了解不同资料格式和写法，敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by the editor. I hope that after you download them, they can help yousolve practical problems. The document can be customized and modified after downloading, please adjust and use it according to actual needs, thank you!In addition, our shop provides you with various types of practical materials, such as educational essays, diary appreciation, sentence excerpts, ancient poems, classic articles, topic composition, work summary, word parsing, copy excerpts,other materials and so on, want to know different data formats and writing methods, please pay attention!现代建筑结构设计中，膜结构作为一种轻型、高效的结构形式，已经被广泛应用于体育馆、展览馆、会议中心等大跨度空间建筑中。

架空钢结构连廊风荷载体型系数数值模拟研究郑建建【期刊名称】《《特种结构》》【年(卷),期】2019(036)005【总页数】6页(P9-14)【关键词】连廊; 风荷栽; 体型系数; 数值模拟【作者】郑建建【作者单位】上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司 200092; 上海水业设计工程有限公司 200092【正文语种】中文引言国内外统计资料表明，在所有自然灾害中，风灾造成的损失为各种灾害之首[1]。

结构风荷载特性常用的研究方法有足尺模型的现场实测、风洞试验及数值模拟三种。

同济大学黄鹏等[2，3]在上海浦东实测基地建立了可调节屋面坡度的足尺实测模型对屋面风荷载进行实测研究，取得了一系列成果。

目前风洞试验是结构抗风研究的主要方法[4]。

但随着计算机技术和数值方法的迅速发展，数值模拟方法由于其周期短、费用低、参数易于设置、仪器误差和采样误差小、可以较方便地全面考虑各种因素的影响的优点，已成为测定建筑物风荷载及风环境的有效方法。

本文用Fluent数值模拟方法对钢结构连廊表面风荷载体型系数进行研究。

连廊风荷载体型系数与所连主体结构的体型、尺寸、高度及产生的遮挡效应等因素有关，其涉及固体与流体相互作用的流体动力学问题，对于形状不规则的结构，无法给出理论结果[5]。

1 工程概况市民服务中心总建筑面积约25 万m2，其中地上建筑面积16 万 m2，地下建筑面积9 万 m2，本工程地上共计8 个单体建筑，地下室为两层。

地上8个单体建筑由四个连廊相连。

在5#、6#单体左右两侧各有一个钢结构连廊与1#、2#、3#、4#单体相连，连廊与单体建筑相对位置关系如图1 所示。

图1 架空钢结构连廊位置示意Fig.1 Location diagram of steel gallery2 模型及数据处理方法数值模拟的一个主要工作是在假设流体为不可压缩粘性流体的基础上对流体连续性方程和动量方程进行离散，根据离散方式的不同主要有以下几种模拟方式：理论分析方法、直接数值解、平均N -S 方程和湍流模型方法、亚格子模型的大涡模拟方法等。