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移动型下击暴流及其作用下高层建筑风荷载的数值模拟

李艺 黄国庆 程旭 赵丽娜

李艺, 黄国庆, 程旭, 赵丽娜. 移动型下击暴流及其作用下高层建筑风荷载的数值模拟[J]. 工程力学, 2020, 37(3): 176-187. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.0231
引用本文: 李艺, 黄国庆, 程旭, 赵丽娜. 移动型下击暴流及其作用下高层建筑风荷载的数值模拟[J]. 工程力学, 2020, 37(3): 176-187. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.0231
LI Yi, HUANG Guo-qing, CHENG Xu, ZHAO Li-na. THE NUMERICAL SIMULATION OF MOVING DOWNBURSTS AND THEIR INDUCED WIND LOAD ON HIGH-RISE BUILDINGS[J]. Engineering Mechanics, 2020, 37(3): 176-187. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.0231
Citation: LI Yi, HUANG Guo-qing, CHENG Xu, ZHAO Li-na. THE NUMERICAL SIMULATION OF MOVING DOWNBURSTS AND THEIR INDUCED WIND LOAD ON HIGH-RISE BUILDINGS[J]. Engineering Mechanics, 2020, 37(3): 176-187. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.0231

移动型下击暴流及其作用下高层建筑风荷载的数值模拟

doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.0231
基金项目: 国家自然科学基金项目(51578471;51778546)
详细信息
    作者简介:

    李艺(1993-),女,四川成都人,硕士生,主要从事结构风工程研究(E-mail:lyanny@163.com);黄国庆(1976-),男,江苏南京人,教授,博士,博导,主要从事结构风工程研究(E-mail:ghuang1001@gmail.com);赵丽娜(1990-),女,陕西临渭人,公务员,硕士,主要从事结构风工程研究(E-mail:961538172@qq.com).

    通讯作者: 程旭(1989-),男,四川德阳人,博士生,主要从事结构风工程研究(E-mail:cx_swjtu@126.com).
  • 中图分类号: TU973+.32

THE NUMERICAL SIMULATION OF MOVING DOWNBURSTS AND THEIR INDUCED WIND LOAD ON HIGH-RISE BUILDINGS

  • 摘要: 下击暴流造成了大量的输电线塔、风机等结构的破坏,对其风场及其引起的结构风荷载研究非常迫切。该文基于RANS,利用SST k-ω湍流模型模拟了下击暴流风速特性及其作用下高层建筑的风荷载。对静止型下击暴流及其作用下高层建筑的风荷载进行了三维定常数值模拟,并将模拟结果与风洞试验结果相对比,结果表明:所建立的CFD计算模型能较好地模拟下击暴流及其作用下高层建筑的风荷载。借助于滑移网格技术对移动型下击暴流进行数值模拟,探究了相应的下击暴流风场及其对位于射流口中心移动路径上的高层建筑的风荷载。将该文模拟得到的移动型下击暴流径向风剖面与实测结果以及其他学者模拟结果相比较,吻合度较高,验证了凭借滑移网格技术能逼真地模拟出下击暴流的风场特性及其作用下高层建筑的风荷载。将静止型和移动型下击暴流的风场特性及其对建筑物的风压作用进行详细对比,研究结果表明:射流口的移动增强了运动方向的径向风速,减小了负方向的风速,并增大了建筑物表面的风压系数,这在结构设计中应予以考虑。
  • [1] Dempsey D, White H. Winds wreak havoc on lines[J]. Transmission and Distribution World, 1996, 48(6):32-37.
    [2] 唐建设. 结构在下击暴流作用下风荷载模拟及其动力响应分析[D]. 南京:东南大学, 2011. Tang Jianshe. Wind load simulation and dynamic response analysis of structure under downburst[D]. Nanjing:Southeast University, 2011. (in Chinese)
    [3] Fujita T T. The downburst:Microburst and macroburst:Report of projects NIMROD and JAWS[R]. Satellite and Mesometeorology Research Project, Department of the Geophysical Sciences, University of Chicago, 1985.
    [4] Hjelmfelt M R. Structure and life cycle of microburst outflows observed in Colorado[J]. Journal of Applied Meteorology, 1988, 27(8):900-927.
    [5] Mccarthy J, Wilson J W, Fujita T T. The joint airport weather studies project[J]. Bulletin of the American Meteorological Society, 2013, 63(1):15-22.
    [6] 黄国庆, 彭留留, 廖海黎, 等. 普立特大桥桥位处山区风特性实测研究[J]. 西南交通大学学报, 2016, 51(2/3), 349-356. Huang Guoqing, Peng Liuliu, Liao Haili, et al. Field measurement study on wind characteristics at Puli Great bridge site in mountainous area[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2016, 51(2/3):349-356. (in Chinese)
    [7] Chay M T, Letchford C W. Pressure distributions on a cube in a simulated thunderstorm downburst-Part A:Stationary downburst observations[J]. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 2002, 90(7):711-732.
    [8] Choi E C C. Field measurement and experimental study of wind speed profile during thunderstorms[J]. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 2004, 92(3):275-290.
    [9] Zhang Yan, Sarkar Partha, Hu Hui. An experimental study on wind loads acting on a high-rise building model induced by microburst-like winds[J]. Journal of Fluids and Structures, 2014, 50:547-564.
    [10] Jesson M, Sterling M, Letchford C, et al. Aerodynamic forces on generic buildings subject to transient, downburst-type winds[J]. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 2015, 137:58-68.
    [11] Selvam R P, Holmes J D. Numerical simulation of thunderstorm downdrafts[J]. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 1992, 44(1/2/3):2817-2825.
    [12] Shehata A Y, Damatty A A E, Savory E. Finite element modeling of transmission line under downburst wind loading[J]. Finite Elements in Analysis & Design, 2006, 42(1):71-89.
    [13] Sengupta A, Sarkar P P. Experimental measurement and numerical simulation of an impinging jet with application to thunderstorm microburst winds[J]. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 2008, 96(3):345-365.
    [14] 李朝. 近地湍流风场的CFD模拟研究[D]. 黑龙江:哈尔滨工业大学, 2010. Li Chao. Study on CFD simulation of turbulence wind field near ground[D]. Helongjiang:Harbin Institute of Technology, 2010. (in Chinese)
    [15] 党会学, 赵均海, 张宏杰. 下击暴流移动对其水平风速及影响高度的作用[J]. 应用力学学报, 2016, 33(3):477-482. Dang Huixue, Zhao Junhai, Zhang Hongjie. The effect of downburst movement on its horizontal wind speed and its influence height[J]. Chinese Journal of Applied Mechanics, 2016, 33(3):477-482. (in Chinese)
    [16] Huang Guoqing, Liu Weizhan, Zhou Qiang, et al. Numerical study for downburst wind and its load on high rise building[J]. Wind and Structures, 2018, 27(2):89-100.
    [17] Chowdhury Junayed, Chowdhury Jubayer, Dan Parvu, et al. Flow field dynamics of large-scale experimentally produced downburst flows[J]. Journal of Wind Engineering & Industrial Aerodynamics, 2019(188):61-79.
    [18] 胡伟成, 杨庆山, 张建. 湍流边界层中三维山丘地形风场大涡模拟[J]. 工程力学, 2019, 36(4):72-79. Hu Weicheng, Yang Qingshan, Zhang Jian. LES study of turbulent boundary layers over three-dimensional hills[J]. Engineering Mechanics, 2019, 36(4):72-79. (in Chinese)
    [19] Yumi Iida, Yasushi Uematsu. Numerical study of wind loads on buildings induced by downbursts[J]. Journal of Wind Engineering & Industrial Aerodynamics, 2019(191):103-116.
    [20] Oscquera R M, Bowles R L. Simple, analytic 3-dimensional downburst model based on boundary layer stagnation flow[R]. Washington DC:NASA Technical Memorandum, 1988.
    [21] Vicroy D. A simple, analytical, axisymmetric microburst model for down-draft estimation[R]. Washington DC:NA SA Technical Memorandum, 1991.
    [22] Holmes J D, Oliver S E. An empirical model of a down burst[J]. Engineering Structures, 2000, 22(9):1167-1172.
    [23] Li C, Li Q S, Xiao Y Q, Ou J P. A revised empirical model and CFD simulations for 3D axisymmetric steady-state flows of downbursts and impinging jets[J]. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 2012(102):48-60.
    [24] 宋淳宸, 苏延文, 黄国庆, 等. 基于多元EMD-AM/FM分解的多点非平稳雷暴风速模拟[J]. 工程力学, 2019, 36(7):109-115. Song Chunchen, Su Yanwen, Huang Guoqing, et al. Multi-point non-stationary thunderstorm wind speed simulation based on multivariate EMD-AM/FM decomposition[J]. Engineering Mechanics, 2019, 36(7):109-115. (in Chinese)
    [25] Chay M T. Physical modeling of thunderstorm downbursts for wind engineering applications[D]. Lubbock (TX, USA):Texas Tech University, 2001.
    [26] 徐挺. 雷暴冲击风流场试验模拟[D]. 浙江:浙江大学, 2010. Xu Ting. The experimental simulation of thunderstorm down bursts[D]. Zhejiang:Zhejiang University, 2010. (in Chinese)
    [27] Wood G S, Kwork K C S. Physical and numerical modeling of thunderstorm downbursts[C]. Proceedings of the Tenth International Conference on Wind Engineering, Denmark, June, 1999:1919-1924.
    [28] 刘威展. 下击暴流的风场特性以及其作用下高层建筑风荷载研究[D]. 成都:西南交通大学, 2017. Liu Weizhan. Study on downburst and its effect on high rise building[D]. Chengdu:Southwest Jiaotong University, 2017. (in Chinese)
    [29] Okuda, Y Taniike. Conical vortices over side face of a three-dimensional square prism[J]. Journal of Wind Engineering and Industria, 1993.
    [30] Davenport A G. Progress in wind engineering:Proceedings of the 8th international conference on wind engineering[J]. Journal of Wind Engineering & Industrial Aerodynamics, 1992, 42(1/2/3):xv-xxxi.
    [31] Holmes J D. A re-analysis of recorded extreme wind speeds in region A[J]. Australian Journal of Structural Engineering, 2002, 4(1):29-40.
    [32] Chen Y, Liu G G, Sun B N. Dynamic response of flat roofs subjected to non-stationary moving microbursts[J]. Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics, 2013, 7(4):519-532.
    [33] Fujita T T. Objectives, operation and results of project NIMROD[C]. Proceedings of 11th Conference on Severe Local Storms (Kansas City, KS), American Meteorological Society, 1979:29-266.
  • [1] 郑肖楠, 刘庆宽, 崔会敏, 郑云飞.  条形封闭网架煤棚风荷载分布规律试验研究 . 工程力学, 2020, 37(S): 296-300. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S056
    [2] 孙一飞, 刘庆宽, 马文勇, 刘小兵, 贾娅娅.  超高烟囱的风荷载试验研究 . 工程力学, 2020, 37(S): 270-274. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.05.S049
    [3] 陈琳琳, 崔会敏, 郑云飞, 刘庆宽.  大跨柱面网壳结构风荷载试验研究 . 工程力学, 2019, 36(S1): 189-193. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.05.S038
    [4] 王丽君, 佟丽莉.  地面雷达天线罩风载下的数值模拟与风洞试验研究 . 工程力学, 2016, 33(增刊): 283-289. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.05.S003
    [5] 苏洋, 李永乐, 向活跃, 彭栋.  基于NSGA-II&DEA混合算法的高速铁路桥梁风屏障高度多目标优化研究 . 工程力学, 2016, 33(9): 138-145,170. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.01.0093
    [6] 陈波, 贾蕗宇, 张丽娜, 杨庆山.  单个建筑物对平屋面风荷载的干扰效应试验研究 . 工程力学, 2013, 30(12): 78-84. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.08.0588
    [7] 唐浩俊, 李永乐, 胡 朋.  串列双塔柱风荷载及涡振性能研究 . 工程力学, 2013, 30(1): 378-383. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.12.0813
    [8] 翁振江 尹凌峰 单 建 唐 敢 黄 玮.  双向荷载下单层平面索网结构静力解析方法:控制方程组与对数解 . 工程力学, 2012, 29(12): 7-14,21. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.04.0245
    [9] 梅元贵, 许建林, 赵鹤群, 沈瀛.  侧风环境下高速列车外部流场数值模拟方法研究 . 工程力学, 2012, 29(6): 253-258,278. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.08.0578
    [10] 刘 宏, 李庆祥.  复杂体型大跨建筑的风荷载预测与抗风设计 . 工程力学, 2011, 28(8): 160-167.
    [11] 李永乐, 安伟胜, 蔡宪棠, 何庭国.  倒梯形板桁主梁CFD简化模型及气动特性研究 . 工程力学, 2011, 28(增刊I): 103-109.
    [12] 李宏海, 欧进萍.  下击暴流作用下建筑物表面风压分布模拟 . 工程力学, 2011, 28(增刊Ⅱ): 147-151.
    [13] 李 黎, 孔德怡, 龙晓鸿, 梁政平.  输电线微风振动的CFD数值仿真 . 工程力学, 2009, 26(增刊Ⅱ): 235-240.
    [14] 李永乐, 汪 斌, 黄 林, 廖海黎.  平板气动力的CFD模拟及参数研究 . 工程力学, 2009, 26(3): 207-211.
    [15] 吕乐丰, 王跃方, 刘迎曦.  横向风荷载作用下轴向运动弦线自激振动和稳定性分析 . 工程力学, 2008, 25(2): 0-045.
    [16] 祝志文, 顾 明, 陈政清.  两自由度系统气弹响应特性研究 . 工程力学, 2008, 25(8): 0-030.
    [17] 祝志文, 顾 明, 陈政清.  桥梁断面颤振导数的CFD全带宽识别法 . 工程力学, 2007, 24(9): 0-087,.
    [18] 周岱, 马骏, 吴筑海, 陈思.  空间结构三维风时程模拟及其小波分析 . 工程力学, 2006, 23(3): 88-92.
    [19] 刘若斐, 沈国辉, 孙炳楠.  大型冷却塔风荷载的数值模拟研究 . 工程力学, 2006, 23(S1): 177-183.
    [20] 沈国辉, 孙炳楠, 楼文娟.  屋盖结构背景响应等效风荷载的一种简化算法 . 工程力学, 2006, 23(S1): 163-168.
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-04-28
  • 修回日期:  2019-10-08
  • 刊出日期:  2020-05-27

移动型下击暴流及其作用下高层建筑风荷载的数值模拟

doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.0231
    基金项目:  国家自然科学基金项目(51578471;51778546)
    作者简介:

    李艺(1993-),女,四川成都人,硕士生,主要从事结构风工程研究(E-mail:lyanny@163.com);黄国庆(1976-),男,江苏南京人,教授,博士,博导,主要从事结构风工程研究(E-mail:ghuang1001@gmail.com);赵丽娜(1990-),女,陕西临渭人,公务员,硕士,主要从事结构风工程研究(E-mail:961538172@qq.com).

    通讯作者: 程旭(1989-),男,四川德阳人,博士生,主要从事结构风工程研究(E-mail:cx_swjtu@126.com).
  • 中图分类号: TU973+.32

摘要: 下击暴流造成了大量的输电线塔、风机等结构的破坏,对其风场及其引起的结构风荷载研究非常迫切。该文基于RANS,利用SST k-ω湍流模型模拟了下击暴流风速特性及其作用下高层建筑的风荷载。对静止型下击暴流及其作用下高层建筑的风荷载进行了三维定常数值模拟,并将模拟结果与风洞试验结果相对比,结果表明:所建立的CFD计算模型能较好地模拟下击暴流及其作用下高层建筑的风荷载。借助于滑移网格技术对移动型下击暴流进行数值模拟,探究了相应的下击暴流风场及其对位于射流口中心移动路径上的高层建筑的风荷载。将该文模拟得到的移动型下击暴流径向风剖面与实测结果以及其他学者模拟结果相比较,吻合度较高,验证了凭借滑移网格技术能逼真地模拟出下击暴流的风场特性及其作用下高层建筑的风荷载。将静止型和移动型下击暴流的风场特性及其对建筑物的风压作用进行详细对比,研究结果表明:射流口的移动增强了运动方向的径向风速,减小了负方向的风速,并增大了建筑物表面的风压系数,这在结构设计中应予以考虑。

English Abstract

李艺, 黄国庆, 程旭, 赵丽娜. 移动型下击暴流及其作用下高层建筑风荷载的数值模拟[J]. 工程力学, 2020, 37(3): 176-187. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.0231
引用本文: 李艺, 黄国庆, 程旭, 赵丽娜. 移动型下击暴流及其作用下高层建筑风荷载的数值模拟[J]. 工程力学, 2020, 37(3): 176-187. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.0231
LI Yi, HUANG Guo-qing, CHENG Xu, ZHAO Li-na. THE NUMERICAL SIMULATION OF MOVING DOWNBURSTS AND THEIR INDUCED WIND LOAD ON HIGH-RISE BUILDINGS[J]. Engineering Mechanics, 2020, 37(3): 176-187. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.0231
Citation: LI Yi, HUANG Guo-qing, CHENG Xu, ZHAO Li-na. THE NUMERICAL SIMULATION OF MOVING DOWNBURSTS AND THEIR INDUCED WIND LOAD ON HIGH-RISE BUILDINGS[J]. Engineering Mechanics, 2020, 37(3): 176-187. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.0231
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