【技术实现步骤摘要】
用于复杂山地条件下风敏感结构风荷载确定的数值模拟与风洞试验耦合方法
[0001]本专利技术属于风敏感结构抗风设计
，具体的为一种用于复杂山地条件下风敏感结构风荷载确定的数值模拟与风洞试验耦合方法。
技术介绍
[0002]《建筑结构荷载规范》(GB50009
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2012)以建设地理位置附近的粗糙物高度和密集度来区分粗糙度类别。而对于复杂山地地形，由于山脉走势发展沿各个方向存在不均匀性，在不同风向角下10
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20km的远场范围内呈现出不同的地貌特征，进而形成具有显著差别的大气边界层风场。同时，在风经过周围山地地形时，地面的隆起或下降引起的微尺度地形效应，伴随着间歇性、撞击、分离和再附等复杂流动现象，导致风场发生巨大变化，特别在山顶和背风区分别发生显著的地形加速效应和旋涡分离再附导致的减速效应，研究表明2.5H的近场范围内，结构风荷载受到山体的显著影响。风敏感结构是指具有质量轻、柔性大、阻尼小等特点的一类特殊结构，风荷载的静力和动力作用是结构设计中的控制荷载作用之一。对于建设于复杂山地区域...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于复杂山地地形中风敏感结构风荷载确定的数值模拟与风洞试验耦合方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一：以风敏感结构物为中心，基于其周围远场范围内的山地地形，建立数值风洞仿真模型，开展CFD数值模拟，得到考虑地形影响的各个风向角下结构拟建设位置处的大气边界层风场环境特征；步骤二：采用k
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means聚类分析法，根据各个数值模拟工况计算结果的分布特征，将各个风向角下拟合得到的粗糙度指数聚类为若干类，每类采用一个代表值；步骤三：根据k
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means方法聚类得到的k类粗糙度指数的大气边界层风场，采用被动模拟装置在风洞实验室中模拟复现；步骤四：选取风敏感结构物及设定范围内的山地地形加工制作几何缩尺模型，将风敏感结构物制作为刚性测压模型，将山地地形模型制作为只模拟气动外形的刚性模型；考虑近场范围内的地形微尺度效应，在被动模拟得到的大气边界层风场中开展刚性模型测压试验，得到风敏感结构物的风压试验数据。2.根据权利要求1所述用于复杂山地地形中风敏感结构风荷载确定的数值模拟与风洞试验耦合方法，其特征在于：所述步骤一包括如下步骤：11)划定计算域：依据复杂山地地形条件，建立大气边界层风场计算域，整体阻塞率小于5％，入口边界至山地距离大于2.5H，H为目标山体高度；12)划分网格：采用非结构化网格进行网格划分，以目标山体所在区域为中心，中心区域处采用精细化网格划分，远离目标山体的区域网格逐渐变稀疏；13)选取计算工况：在模拟过程中，划分若干个风向角进行工况分析，获取每个风向角下的来流特征，通过风剖面计算公式求得各个风向角下的粗糙度指数；14)确定边界条件：确定均匀风速入口，根据结构建设位置处地貌特征，确定大气边界层风场，流域入口采用速度入口边界条件，流域出口采用自由出口边界条件，计算流域顶部和两侧采用对称边界条件，建筑物表面和地面采用无滑移壁面条件。3.根据权利要求1所述用于复杂山地地形中风敏感结构风荷载确定的数值模拟与风洞试验耦合方法，其特征在于：所述步骤二包括如下步骤：21)设定分类的数量k，随机从样本集Ω＝{x1，x2，
…
，x
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}中选择k个样本作为簇中心{c1,...,c
k
}，c
i
是簇S
i
的均值向量，则：其中，|S
i
|表示第i个类中的样本个数；22)逐个计算每个样本与k个簇中心的距离：其中，x
i
表示样本集Ω中的第i个样本向量；x
it
表示样本向量x
i
中的第t个样本；c
j
表示簇S
i
的均值向量；c
jt
表示均值向量c
j
中的第t个样本；n表示样本数量；23)根据计算的距离，将每个样本划分到距离其最近的簇中心所属的类别中，计算每个类中所有样本的均值向量作为当前簇中心；
24)判断每个类的当前簇中心与上一次迭代的簇中心之间的距离是否均小于设定阈值：若是，则迭代终止，输出分类结果，得到k个典型的风场边界层条件；若否，则执行步骤22)。4.根据权利要求1所述用于复杂山地地形中风敏感结构风荷载确定的数值模拟与风洞试验耦合方法，其特征在于：所述步骤四包括如下步骤：41)模型制作：在满足阻塞比的条件下，根据风洞试验段和试验模型的尺寸确定几何缩尺比，而后制作风洞几何缩尺试验模型，试验模型包括风敏感结构物以及地...
【专利技术属性】
技术研发人员：闫渤文，孟盈竹，舒臻孺，周绪红，杨庆山，李潇，周旭，袁养金，申瑞芳，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：
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