开口状态及干扰对柱面结构风荷载的影响

为满足储煤量、工艺及环保的要求,柱面煤棚结构常常成对出现且在端部和两侧采用不同形式的开口,煤棚间的相互干扰和开口状态对风荷载的影响效应目前尚不明确。针对此问题,通过刚性模型测压试验,研究了端部、两侧开口状态以及煤棚间距对其结构表面风荷载的影响,通过对比结构整体力系数、体型系数分布及脉动风压系数,给出了风向角、开口状态及间距对风荷载的影响规律,分析了其产生机理,并给出了该类结构的风荷载建议。结果表明:半封闭的端部开口方式能有效减小结构整体风荷载,且脉动风压值最小;两侧30%开孔率的开口形式,结构表面的风荷载分布更均匀,减小结构的脉动风压;煤棚之间的干扰对平均风荷载主要为遮挡效应,对脉动风荷载影响不显著。     

岸边集装箱起重机群风力系数研究

利用风洞试验和CFD模拟方法,研究了风向角和双机间距对岸边集装箱起重机群风力系数的影响.研究指出:风向角是影响岸桥风力系数的主要因素,可产生38.79％的差距;双机间距仅在70m内起明显作用,且影响程度在0.1％以下;起重机最不利风向为45°;有无遮挡时风力系数变化趋势相反.同时研究结果表明:风沿大车轨道方向作用时,处在下风处的岸桥能获得约(23～35)％的风载折减.最后给出群体折减率表,这可为后续对港口岸桥群的风载折减关系的研究提供参考.     

敞开型大跨度屋盖结构风振响应的风向效应

基于刚性模型风洞试验,在不同风向角下对巴哈马国家体育场结构的表面风压进行了测量,根据模型测压结果,对模型的表面风压分布特点与机理进行了分析.在计算出屋盖平均风荷载作用下响应的同时,根据随机振动理论并结合结构的整体有限元模型,编制程序计算了屋盖结构的风振响应.计算与分析表明,对于敞开型大跨度屋盖,在不同的风向条件下由于建筑物的干扰效应不同,引起气流绕屋盖结构所形成的风场有着很大的不同,风向不仅影响结构在平均风荷载作用下的响应,也影响结构在脉动风荷载作用下的风振响应,因此对此类屋盖结构进行抗风验算与评估时应充分考虑风向的影响.     

圆角方形断面气动特性试验

通过刚性测压模型风洞试验,在均匀流场中测试了圆角率R/D=0.4的方形断面在0°～45°风向角、雷诺数Re=0.8×10~5～3.8×10~5时的气动特性。结果表明:试验雷诺数范围内,所有风向角下模型的阻力系数均值、升力系数均值、升力系数脉动值及斯特罗哈数基本上都受到雷诺数的影响。与其他风向角相比,0°～17.5°风向角时,阻力系数均值和升力系数均值受雷诺数的影响更大; 7.5°～45°风向角时,升力系数脉动值受雷诺数的影响更大; 0°～12.5°风向角时,斯特罗哈数受雷诺数的影响更大。     

塔式起重机整机风场模拟下的风载荷特性分析

在合理简化的基础上建立塔机整体结构的CFD模型,得到了不同风向角下塔机流场速度矢量、结构表面压力、风力系数和风载荷等参数特征。将依据设计规范计算的塔机不同结构的风载荷施加在其有限元模型上,得到了整机在不同风向角下的风载荷数值。以此计算结果与CFD数值模拟得到的平均风载荷值及变化规律进行对比分析,发现两者在不同风向角下风载荷数值非常相近,这表明文中提出的CFD数值模拟方法是准确有效的。进一步验证了设计规范仅考虑顺风向风载荷的准确性和塔机沿顺风向进行放置能有效抗风的正确性。对塔机流场特征进行分析,结果表明塔身及配重、转台结构对塔机整机的空气动力学特性影响占主导地位,对其结构进行优化和强化能实现塔机抗风性能的提升。     

典型窄基输电塔风致响应气弹模型风洞试验

首先,采用离散刚度法,设计制作了典型窄基输电塔气动弹性模型;然后,通过大气边界层风洞试验,对窄基输电塔不同高度及风向下的位移、加速度响应特性进行了测试分析;最后,基于风洞试验结果计算了窄基输电塔风振系数并与规范结果进行了比较。结果表明,窄基输电塔位移均值响应主要为顺风向;顺、横风向脉动位移、加速度响应值都较大,随风向变化不明显,呈上下波动趋势;高度变化对脉动位移和加速度的响应影响略有不同。此外,根据中国荷载规范给出的输电塔横担处的风振系数值大于本次试验结果。     

集装箱起重机的脉动风场仿真及响应分析

基于准定常假定,采用谐波叠加法仿真集装箱起重机的脉动风场并对其进行脉动风载作用下的抖振响应分析。风场仿真结果表明,除自谱的低频误差较大外,风速样本的功率谱密度与目标值完全一致。岸桥前梁端点的位移响应谱表明,低频的脉动风载荷对岸桥的基频模态具有最强的激振效应,且紊流风作用下岸桥前梁端点顺风向抖振最大位移高达53mm,可能会激起梁上小车与轨道的耦合振动,影响梁上电动小车行驶安全性,而横向和竖向脉动风下的振动位移很小,可忽略不计。     

串列圆角弧边三角形双塔建筑气动干扰效应

对圆角弧边三角形双塔建筑在串列布置时的气动力进行了风洞试验研究,分析了不同排布方式和相对间距对受扰建筑层阻力系数、层升力系数以及基底弯矩系数功率谱密度的影响。试验结果表明：平均层阻力和升力系数的干扰效应主要表现为遮挡效应,当施扰建筑弧面迎风时相对更强;平均层阻力系数随间距比减小而减小,当双塔均关于来流方向对称时,平均层升力系数接近0,此时间距影响很小;顶部绕流会减弱遮挡作用,使得顶部附近的平均和脉动层风力系数相对增大;施扰建筑弧面迎风时脱落在尾流的漩涡将显著影响受扰建筑,大幅增强小间距比时受扰建筑的脉动风荷载,并使其横风向基底弯矩系数功率谱的峰值频率受控于尾流漩涡脱落频率。     

基于Ansys CFX的挡风折减系数的数值模拟

挡风折减系数的选取对风载荷理论计算的精确性有至关重要的影响,规范中仅考虑了间隔比和结构迎风充实率的影响,偏于保守且不够全面。文中基于Ansys CFX对3种不同截面形状的构件在不同风速和风向角下的挡风折减系数进行数值模拟,研究截面形状、风速以及风向角对挡风折减系数的影响。结果表明,风速的影响较弱,截面形状和风向角对挡风折减系数都有着不可忽略的影响。     

大跨度三心柱面网壳风压分布试验研究

通过大气边界层风洞刚性模型同步测压试验,对大跨度三心柱面网壳表面风压分布特性进行了研究。根据试验结果分析了结构不同风向下的平均和脉动风压分布、典型测点脉动风压谱以及相关性等。结果表明:风向角对网壳表面风压分布有较大的影响,一般情况下,结构迎风面为正压区,顶部为负压区,尾流区受分离、涡脱和再附等特征紊流影响明显;结构的边沿处受柱涡、锥形涡影响明显,风压梯度变化剧烈。迎风面大部分区域脉动风压功率谱类似于典型的纵向风湍流谱,呈单峰形状,主要激励为来流湍流;边沿处风压谱受特征湍流影响明显。结构表面相关性随测点间距离的增加而不断减小;风向不同,相关性衰减差别较大。     

风载作用下双门式起重机风力特性研究

近年来，由大风引发的门式起重机事故时有发生，因此，研究门机风载荷有着现实的工程意义。针对两台门式起重机的风力特性问题，采用了计算流体力学方法对两台门式起重机相关特性进行了仿真研究。首先，采用Pro/E软件建立了门机的三维模型，采用ANSYS软件建立了门机的外流场，并对计算域进行了网格划分与无关性验证；然后，利用Fluent软件对单台门机进行了数值模拟，研究了单台门机在不同风向角下的气动力系数，并对比分析了《起重机设计规范》风载荷与仿真风载荷的差异；最后，只考虑门机来流方向的风载荷影响，进行了两台门机的数值模拟分析，研究了风向角与双门机间距S对门机的阻力系数、门机挡风折减系数、速度变化云图、门机压力分布的影响规律等。研究结果表明：门机所受风载荷最大值出现在45°风向；在90°风向下，双门机间距S=15 m时挡风效果最好，约有52%的风力折减；双门机的临界间距S=35 m,当S>35 m时，双门机间风力屏蔽效果被削弱直至消失；门机主梁迎风面最大压力靠近主梁两端。     

随机风环境下高速列车运行安全评估研究

研究随机风环境下高速列车的气动特性及运行安全特性,提出一种随机风环境下高速列车运行安全的评估方法。基于Cooper理论和谐波叠加法建立任意风向角下随车移动点的脉动风速数值模拟方法,推导随机风作用下高速列车非定常气动载荷的计算公式;建立高速列车系统动力学模型,研究非定常气动载荷作用下高速列车的运行安全特性,获得随机风环境下高速列车安全运行的平均特征风速曲线及其置信区间。计算结果表明,在随机风环境下,高速列车的非定常气动载荷及轮重减载率具有随机特性,且近似服从正态分布;风向角越接近于90°,非定常气动载荷及轮重减载率的波动幅值越大;在相同的风向角下,MCWC随着列车速度的增加而减小;在相同的车速下,不同风向角下的MCWC由小到大的排序为90°、60°、120°、30°、150°。     

岸边集装箱起重机风振动分析

岸边集装箱起重机简称岸桥,是一种专门用于装卸集装箱船的大型设备,通常设在港口码头岸边,容易在风力影响下出现振动,严重时还会引发风灾事故。首先对岸边集装箱起重机风振动作了概述,然后基于其结构风振动响应和实例,提出了合理的防范措施,希望对提升岸边集装箱起重机防风能力有所启示。     

岸边集装箱起重机风振动研究

针对岸边集装箱起重机(简称岸桥)的结构特点及其工作环境的特殊性，采用Wilson-θ法推导了脉动风压作用下结构的动力响应计算公式，通过编制风振计算分析程序，对实际的岸桥进行风振计算机仿真。     

大型门机在自然风场中的脉动特性研究

大型门式起重机结构轻柔,其固有频率处于低频段,风的脉动效应不容忽视。利用顺风向的Davenport谱与Shinozuka谐波叠加法来模拟脉动风的随机过程,利用FEA方法来分析门机在自然风场中的脉动特性,将其与静载处理结果对照研究:风的脉动效应对结构的最大应力值影响主要体现在非工作状态下,此时支反力大幅波动,整机稳定性受到威胁,而工作状态下由于主梁承受较大工作载荷,风的脉动效应会对主梁结构有较大的振动激励作用,主梁的位移幅值增大较多。     

风力发电机偏航控制算法的研究与改进

针对水平轴风力发电机的偏航控制系统,通过分析风的简化模型,改进了传统的偏航控制算法。根据风场的风向波动和偏航比Kp(偏航时间与风机运行时间的比值),新算法能自动调整偏航容许误差角α,以确保风力发电机时刻都能够在最佳容许误差角度下工作,既提高风力发电机效率,又保证风力发电机寿命。对简化风模型下风数据的分析表明,该算法有效可行,提高了对风精度,增加了系统的输出功率。     

岸桥前大梁铰支座支承对其横向振动的影响

基于神经网络随机模拟技术，对脉动风荷载作用下岸桥前大梁有限元模型动力学时域分析表明，前大梁根部和销轴支座之间的间隙会增强前大梁的横向振动，并验证了脉动风荷载是引起横向振动的主要原因。提出了在前大梁铰支座处使用橡胶弹簧的弹性支承，以减小前大梁的横向振动。对比前大梁在无间隙、有间隙和橡胶弹簧支承下的动力学分析结果，当弹簧高度为20～30mm、硬度为40-60时，对减小前大梁振动的效果为佳，因大梁前端位移峰值较有间隙支承时下降了约10％，第3阶固有频率提高了17％左右。说明将前大梁铰支座支承改为弹性支承，对减小岸桥前大梁横向振动的效果十分明显。     

半球形屋面结构风荷载特性试验研究

球形屋面网壳结构是常用的大跨结构屋面形式.在同济大学TJ-3大气边界层风洞中,通过1∶200比例的刚性测压模型,研究了A,B两类风场下半球形屋面结构表面的平均以及脉动风压分布特征.试验结果表明风场类型对平均风压分布影响较小,但对脉动风压分布会有相对较大的影响.同时通过研究子午线上平均及脉动风压分布,表明结构顶部的突出圆顶（采光顶）将增大结构局部风荷载,设计时需特别考虑.最后给出了适合工程应用的分块体型系数,以供结构工程师设计参考.     

斜置方柱气动力特性试验研究

土木工程结构中有很多方形断面的细长结构,常常受到斜向风作用,其风荷载可以简化为斜置方柱的气动力,与垂直风向作用不同,目前尚没有明确的气动力估算方法。针对此问题,采用刚性节段模型测压风洞试验,分析了风偏角对方柱的静态气动力特性的影响规律。结果表明:采用传统风速分解法仅可以有效地估计在分离点之前的风压,并不适用于斜置方柱完整气动力的估算;由于背风面风压的减弱,斜置方柱的平均和脉动气动力系数小于垂直方柱的对应值;斜置方柱的旋涡脱落频率小,强度弱,频带宽。因此,采用垂直方柱的平均气动力作为方柱抗风设计的平均风荷载是偏于安全的,但是由于旋涡脱落频率及带宽的变化,斜置方柱的风致振动与垂直方柱会有明显的差别。     

环境风下高铁双弓-网系统动态受流特性研究

为了研究环境风对高速铁路双弓-网系统动态受流性能的影响,首先,以位于我国西部大风区的兰新高铁为研究对象,基于模态分析法建立双弓-网耦合系统模型;其次,运用空气动力学理论推导作用于接触网线索上的环境风载荷;然后,考虑横风向空气阻尼的影响,探究空气阻尼作用下双弓受流特性;最后,采用4阶自回归（autoregression,简称AR）模型建立接触网沿线脉动风场,着重分析风速和风攻角对双弓受流的影响。结果表明：横风向空气阻尼对双弓受流产生的影响较小;脉动风下风速越大则风向越趋于垂向,双弓受流性能更易恶化;后弓受流性能相较前弓对风速和风攻角的变化更加敏感。双弓-网系统风振响应分析可为优化风环境下弓网受流质量和接触网防风参数设计提供参考。