结构抗风分析的主要研究方法有:现场实测、风洞试验、理论分析和CFD数值分析方法。近三十年来,伴随着计算机技术的飞速发展和流体力学理论的不断完善,基于计算流体动力学原理的CFD数值分析方法凭借其优势和应用前景在土木工程结构抗风设计的研究中越来越受到重视,并发挥着无法替代的作用。本文基于FLUENT软件平台,以建筑结构和桥梁结构为对象进行了数值风洞模拟,重点探讨了常见的细部构造对建筑结构和桥梁结构风荷载以及绕流风场的影响。本文的主要研究工作可归纳为以下几个方面:(1)以日本建筑协会(AIJ)长宽高之比为1:1:0.5的建筑模型为对象,采用大涡模拟(LES)方法对45°风向角不同类型风场作用下模型的风荷载进行了三维非稳态数值模拟计算,并将数值计算结果与风洞试验结果进行比较,验证了CFD数值计算的可靠性。在此基础上,通过在模型的不同位置加设分隔挡板探讨了45°风向角下平屋盖锥形涡的特性。同时,重点探讨了屋面加设不同高度女儿墙对风压分布的影响。结果表明,基于Q准则的旋涡判别法可较好的识别建筑物绕流场中形成的旋涡。均匀来流时锥形涡与侧面脱体涡相互作用并脱落,其作用将反馈至屋面旋涡上使屋盖两个锥形涡强度以屋面对角线为轴交替波动,此消彼长。但在湍流风场作用下,屋面锥形涡并不会出现此类波动现象。屋面女儿墙的存在会使得屋面锥形涡的间隙变窄,旋涡足迹变阔,且屋面峰值吸力随女儿墙高度的增加而迅速减小。(2)在长宽高之比为1:1:0.5的AIJ建筑模型各立面上加设阳台,并利用大涡模拟(LES)方法对其进行了数值模拟计算。计算过程中,针对不同的来流风场、不同的风向角(0°→15°→30°→45°)以及不同的阳台悬挑长度进行了系统的模拟分析。在此基础上,重点探讨了立面阳台的存在对建筑表面风压分布和绕流风场的影响。研究结果表明,阳台的存在会明显改变气流在建筑表面的分离、再附着形式,引起的风压变化主要集中在迎风面,特别是迎风面最上一排阳台及两侧阳台的区域。此外,随着来流风向角的增加,阳台对建筑迎风面上风压的影响逐渐加大。(3)采用欧拉-欧拉体系下的多相流模型,将雨滴拟设为连续介质,通过在FLUENT计算软件上编写相应的UDF计算程序,分别对典型桥梁断面节段模型和厦漳跨海大桥北汊主桥实桥模型进行了三维风驱雨的数值模拟研究。计算得到了模型周围风场和雨场分布、雨滴捕获率、雨滴冲击荷载以及桥体所受三分力等参数。然后,以矩形断面和准流线型断面节段模型为对象探讨了桥面护栏等桥面细部构造对桥梁结构绕流风场和三分力系数的影响。研究发现,雨滴对整体平均荷载的影响比较小,对三分力系数有影响,但影响并不大。桥面护栏等对雨滴冲击桥面有一定的阻碍作用,使桥面行车道受雨强度减弱,且对桥梁结构绕流风场等有着较明显的影响。(4)最后对全文所做研究工作进行了系统的总结和展望,本文的研究成果也可为实际工程结构的抗风设计提供有价值的参考。