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基于环境激励测试的开元寺塔动力性能分析

土木工程学报 2021年第9期54卷 79-87页

作者：杨娜刘威张淑慧白凡北京交通大学北京100044 结构风工程与城市风环境北京市重点实验室北京100044

采用环境随机激励技术对定州开元寺塔的动力特性进行现场测试,提出一种新的空间测点布置方案——同向平行测试法,利用该方法可以对开元寺塔平动及扭转模态分量进行有效测量。基于现场实测数据,结合Welch自功率谱密度法和随机子空间法得... 详细信息

采用环境随机激励技术对定州开元寺塔的动力特性进行现场测试,提出一种新的空间测点布置方案——同向平行测试法,利用该方法可以对开元寺塔平动及扭转模态分量进行有效测量。基于现场实测数据,结合Welch自功率谱密度法和随机子空间法得到砖塔的自振频率、振型等参数,并反演推算出砖塔结构的层间刚度。研究表明砖塔东北侧新砌筑结构层间刚度普遍大于东南侧旧塔体结构,随着高度的增加砖塔的层间刚度逐渐减小。基于动力测试分析数据,建立并修正了ABAQUS有限元模型。有限元模型模态分析结果与实测结果对比误差较小,说明模型较为可靠,可以为古塔的后续动力响应分析提供数值模型。

关键词：开元寺塔动力特性随机子空间法层间刚度识别有限元模型

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龙卷风作用下高速列车的运行安全性评估

土木工程学报 2021年第12期54卷 12-20页

作者：李若琦李波杨庆山田玉基韩晓宇北京交通大学北京100044 结构风工程与城市风环境北京市重点实验室北京100044 重庆大学重庆400045

随着我国铁路线网密度的加大以及龙卷风等极端天气出现的频次增多,列车遭受龙卷风袭击的风险不断增加。利用物理模拟器对列车进行测压试验,通过试验得到的气动力对龙卷风作用下高速列车的运行安全性进行评估。结果表明:受龙卷风气压降... 详细信息

随着我国铁路线网密度的加大以及龙卷风等极端天气出现的频次增多,列车遭受龙卷风袭击的风险不断增加。利用物理模拟器对列车进行测压试验,通过试验得到的气动力对龙卷风作用下高速列车的运行安全性进行评估。结果表明:受龙卷风气压降和水平风速的共同影响,列车距龙卷风中心不同相对位置时,所受风荷载作用机制明显不同;迎风侧轮轨横向力主要由侧力产生,风速较大时,升力和侧滚力矩对轮轨垂向力的贡献增大;横向力、脱轨系数、轮重减载率等列车运行安全性指标随径向距离的增大先增大后减小;列车运行安全性指标随风速、车速的增大而增大,列车安全运行的龙卷风临界风速值随车速的增大而急剧减小,其中,当车速为350km/h时,轮对横向力对应的临界风速仅为11.06m/s。

关键词：龙卷风高速列车风洞试验风荷载安全性评估

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高速铁路双线隧道内列车风分布及流场特性

中南大学学报（自然科学版） 2021年第4期52卷 1346-1357页

作者：王磊骆建军李飞龙高立平北京交通大学城市地下工程教育部重点实验室北京100044 北京交通大学结构风工程与城市风环境北京市重点实验室北京100044

为研究高速列车非对称通过标准高速铁路双线隧道引起的列车风分布规律及列车周围流场分布特性,基于有限体积法理论,采用数值计算方法模拟CRH380A高速列车通过双线隧道全过程,应用滑移网格技术模拟列车与周围环境相对运动。研究结果表明... 详细信息

为研究高速列车非对称通过标准高速铁路双线隧道引起的列车风分布规律及列车周围流场分布特性,基于有限体积法理论,采用数值计算方法模拟CRH380A高速列车通过双线隧道全过程,应用滑移网格技术模拟列车与周围环境相对运动。研究结果表明:隧道内气动压力系数计算结果与国内现场实测结果变化规律基本一致;列车车头、车尾通过时,纵向、横向列车风风速均突然增大,在列车通过阶段,纵向列车风经历正向—负向—正向流动,横向列车风由背离列车向指向列车转变;列车两侧空间纵向列车风风速在车尾通过之后达到最大,车顶上方空间的纵向风速在车头经过后达到最大;车尾通过之前,横向列车风变化规律基本相同,车尾经过后,横向列车风波动程度增加,而纵向列车风在车头通过之前变化规律相同,车头通过后,风速波动程度增加;车头、车尾及车身表面存在较大的速度梯度,近隧道侧纵向列车风速较远隧道侧的风速大;中间列车周围速度分布基本一致,而列车尾部尾流效应对近隧道侧列车风影响非常显著;列车头部、尾部附近流场结构变化严重,中间列车周围流场分布规律基本稳定;环状空间内纵向列车风与到列车表面距离的关系呈指数函数变化。

关键词：高速铁路双线隧道数值模拟列车风流场特性

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高速列车过双线隧道气动效应及列车风特性

哈尔滨工业大学学报 2021年第9期53卷 43-52页

作者：王磊骆建军李飞龙城市地下工程教育部重点实验室(北京交通大学) 北京100044 结构风工程与城市风环境北京市重点实验室(北京交通大学) 北京100044

为加深对隧道内气动效应和列车风特性的认识,采用RNGκ⁃ε湍流模型模拟高速列车偏心通过隧道全过程,应用滑移网格技术模拟列车高速运动,对列车通过时隧道内的气动效应及列车风进行研究。通过将数值计算结果与现场试验结果进行对比,验证... 详细信息

为加深对隧道内气动效应和列车风特性的认识,采用RNGκ⁃ε湍流模型模拟高速列车偏心通过隧道全过程,应用滑移网格技术模拟列车高速运动,对列车通过时隧道内的气动效应及列车风进行研究。通过将数值计算结果与现场试验结果进行对比,验证了数值方法的准确性。研究表明:隧道入口处气动压力变化规律与隧道内有很大差别;列车两侧对称测点的最大正压值及峰-峰压力变化幅值分别相差13.1%和7.3%,近隧道侧列车风纵向速度分量与合速度最大值分别为远隧道侧的2.1倍和1.9倍,列车偏心通过对列车周围气动压力影响不大,而对列车风影响非常显著;列车表面边界层对列车风纵向分量影响显著,对横向速度分量和垂向速度分量几乎无影响;隧道内列车后方产生交替出现的复杂尾涡结构,与明线时差别很大;隧道内列车风风速衰减较慢,持续时间更久。

关键词：高速列车双线隧道气动效应列车风流场特性数值模拟

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密肋复合墙板抗火性能研究

建筑结构学报 2024年第12期45卷 148-159页

作者：王泽林陈安孙静北京交通大学土木建筑工程学院北京交通大学结构风工程与城市风环境北京市重点实验室

为研究密肋复合墙板的抗火性能，对2个足尺密肋复合墙板分别进行了单面及双面受火工况下的抗火性能试验研究，得到了墙板的温度场变化、位移变化、耐火极限和破坏模式。试验结果表明：单面受火工况下的密肋复合墙板内部沿厚度方向形成... 详细信息

为研究密肋复合墙板的抗火性能，对2个足尺密肋复合墙板分别进行了单面及双面受火工况下的抗火性能试验研究，得到了墙板的温度场变化、位移变化、耐火极限和破坏模式。试验结果表明：单面受火工况下的密肋复合墙板内部沿厚度方向形成明显的温度梯度，破坏时背火面加气混凝土砌块和肋梁、肋柱混凝土温度分别为90℃和109℃,墙板破坏模式表现为由热弯曲引起的压弯失稳破坏；双面受火工况下的密肋复合墙板在加气混凝土砌块厚度的中心处形成低温区域，破坏时该处温度为193℃,墙板破坏模式为由材料强度退化引起的轴压破坏；两种受火工况下墙板内加气混凝土砌块和肋梁、肋柱混凝土间存在不可忽略的温度梯度；加气混凝土砌块和肋梁、肋柱混凝土的界面开裂未影响墙板在火灾下的完整性；轴压比为0.5时，单面和双面受火工况下的密肋复合墙板分别在181 min和91 min时达到耐火极限。建立了密肋复合墙板的有限元模型，通过对轴压比及受火工况进行参数分析发现：随轴压比的不断增大，密肋复合墙板在受火过程中的热膨胀极值不断减小，且在轴压比和受火时间相同时，双面受火墙板较单面受火墙板的轴向热膨胀值更大。

关键词：密肋复合墙板单面受火双面受火足尺火灾试验有限元分析抗火性能

时速350km高速列车进隧道过程中瞬变压力变化规律研究

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土木工程学报 2020年第S01期53卷 252-257页

作者：王磊骆建军高立平李飞龙李泽瑞北京交通大学城市地下工程教育部重点实验室北京100044 北京交通大学结构风工程与城市风环境北京市重点实验室北京100044

采用数值方法完成CRH380A高速列车进隧道的过程模拟,控制方程为三维、可压缩、非定常流动N-S(Navier-Stokes)方程,采用有限体积法进行计算域离散,利用滑移网格技术模拟列车与周围环境的相对运动。瞬变压力变化计算结果与国内现场试验结... 详细信息

采用数值方法完成CRH380A高速列车进隧道的过程模拟,控制方程为三维、可压缩、非定常流动N-S(Navier-Stokes)方程,采用有限体积法进行计算域离散,利用滑移网格技术模拟列车与周围环境的相对运动。瞬变压力变化计算结果与国内现场试验结果基本一致。研究结果表明:列车进隧道过程中,瞬变压力变化过程可分为三个阶段,即初始压缩波引起压力增长、空气摩阻力引起压力增长、车头经过导致压力突降阶段;沿隧道纵向、同一横断面上最大正负压力值出现在不同位置,入口和隧道内气动压力均表现出显著的三维效应;列车偏心入隧道,近隧道侧气动压力值较远隧道侧气动压力值大,列车受到横向气动力作用。

关键词：高速列车隧道瞬变压力偏心效应数值模拟

简支Z型檩条在风吸力作用下应力分布及极限状态研究

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土木工程学报 2018年第4期51卷 55-61页

作者：白凡杨娜北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 北京交通大学北京市结构风工程与城市风环境重点实验室北京100044

轻钢工业厂房中,Z型檩条在其截面的非对称平面内承受风荷载,上翼缘受压型钢板连续约束作用而下翼缘自由,应力分布比较复杂,存在局部或整体稳定问题,是围护结构抗风设计的主要控制因素。基于薄壁杆件结构力学以及经典梁理论,分析了简支Z... 详细信息

轻钢工业厂房中,Z型檩条在其截面的非对称平面内承受风荷载,上翼缘受压型钢板连续约束作用而下翼缘自由,应力分布比较复杂,存在局部或整体稳定问题,是围护结构抗风设计的主要控制因素。基于薄壁杆件结构力学以及经典梁理论,分析了简支Z型檩条在风吸力作用时考虑压型钢板对檩条约束作用的应力分布,并依据相关试验资料,验证了分析方法的正确性。然后,针对檩条横截面应力分布、侧向位移及极限状态等力学性能进行定性参数分析。研究表明,该方法可以精确计算檩条横截面应力分布,压型钢板对檩条的扭转及侧翼约束作用分别影响檩条上、下翼缘的峰值应力,使得构件局部屈曲应力增大,而畸变屈曲应力降低,从而改变檩条局部失稳模式,使得檩条由局部屈曲失稳转变为畸变屈曲失稳。

关键词：檩条风吸力应力极限状态损伤评估

基于K-means聚类的风压系数快速分区方法

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工程力学 2014年第12期31卷 164-172页

作者：李丹煜杨庆山田玉基北京交通大学土木建筑工程学院结构风工程与城市风环境北京市重点实验室北京100044

提出了一种基于K-means聚类的风压系数快速分区方法。K-means聚类要求事先给出聚类数目k值,在风压系数分区应用中存在局限性。采取两种措施进行改进:一是预先限制k值范围,实现所有k值下的快速聚类。二是采用有效性指标确定最佳k值。分... 详细信息

提出了一种基于K-means聚类的风压系数快速分区方法。K-means聚类要求事先给出聚类数目k值,在风压系数分区应用中存在局限性。采取两种措施进行改进:一是预先限制k值范围,实现所有k值下的快速聚类。二是采用有效性指标确定最佳k值。分别以平屋盖、鞍形屋盖的两种代表性来流工况为例,说明和验证了风压系数分区方法。结果表明:分区方法能很好地完成不同几何形状屋盖、不同来流工况、不同类型的风压系数分区。

关键词：风压系数分区 K-means聚类平屋盖鞍形屋盖风洞试验

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非高斯风压时程峰值因子的简化计算式

建筑结构学报 2015年第3期36卷 20-28页

作者：田玉基杨庆山北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 北京交通大学结构风工程与城市风环境北京市重点实验室北京100044

采用Hermite矩模型可将非高斯时程表示为高斯时程的非线性函数,建立了非高斯时程和高斯时程之间的一一对应关系,也建立了非高斯峰值因子和高斯峰值因子之间的一一对应关系,为非高斯峰值因子、极值的计算奠定了理论基础。介绍了软化时程... 详细信息

采用Hermite矩模型可将非高斯时程表示为高斯时程的非线性函数,建立了非高斯时程和高斯时程之间的一一对应关系,也建立了非高斯峰值因子和高斯峰值因子之间的一一对应关系,为非高斯峰值因子、极值的计算奠定了理论基础。介绍了软化时程、硬化时程和偏斜时程的Hermite矩模型变换理论,明确了高阶矩模型的单调变换范围;在此基础上,研究了软化时程非高斯峰值因子简化计算式的理论误差。结果表明由简化计算式得到的非高斯峰值因子略大,其误差均小于20%。利用非高斯峰值因子的简化计算式,计算了平屋盖表面典型测压点的非高斯峰值因子和风压极值。分析结果表明:绝大多数测压时程样本属于软化时程,极少数样本属于硬化时程或偏斜时程;利用非高斯峰值因子的简化计算式,需要考虑测压时程的随机特性,取多个时程样本峰值因子的平均值作为非高斯峰值因子的代表值。

关键词：非高斯风压 Hermite矩模型偏斜系数峰态系数非高斯峰值因子