基于位移测量的输电塔等效静风荷载研究

以输电塔气弹模型为试验对象,基于非接触式精密位移测量系统,在风洞中测量了不同风向、风速下输电塔的位移响应。采用荷载响应相关法,建立了基于输电塔气弹模型位移响应的等效静风荷载试验分析方法。结果表明:输电塔在两轴向的风振响应均以一阶模态为主,且顺风向的脉动响应要大于横风向;计算得到的输电塔顺风向等效荷载要远大于横风向,且顺风向等效荷载中平均量占优,背景次之,共振不显著;对比分析显示,该文所建立的输电塔等效静风荷载试验分析方法合理、有效。     

强风下高压输电塔线系统非线性随机动力响应

根据有限元分析得到单塔的非线性刚度软化特征,结合平均风下导线的动力特性,依据Lagrange方程建立了简化的输电塔线耦联系统的MDOF模型,将其应用于统计线性化方法,计算了系统在强风荷载下的非线性随机动力响应频域近似解。与数值模拟计算结果的比较显示,该方法的计算结果不仅具备一定的精度,还可以对系统动力失稳的临界风荷载作出判断。     

非同轴刚度偏心高层建筑平-扭耦合风振响应的研究

提出了分析非同轴刚度偏心结构风振响应的基本框架。第一，建立了两层6个自由度（6DOFs）非同轴刚度偏心结构的动力方程。第二，将建立的动力方程扩展至多层（大于两层）非同轴刚度偏心结构情况。第三，基于顺风向、横风向及扭转风荷载功率谱，并考虑横风向与扭转风荷载间相关性及模态响应间耦合，建立了非同轴刚度偏心结构风致平-扭耦合响应的分析方法。最后，以15DOFs结构为例，通过设置结构不同刚度偏心，数值研究了非同轴刚度偏心对结构风致平-扭耦合响应的影响。     

基于ARMA模型模拟高架桥的脉动风速时程

强风是高架桥设计与防灾减灾分析的控制性荷载之一.风与高架桥相互作用十分复杂,可以通过风洞试验、现场实测、数值模拟获取可靠的风速(风荷载)数据.尽管如此,时域分析可以使人们更全面地了解高架桥的风振响应特性, 也能更直观地反映高架桥风致振动控制的有效性.因此, 使用线性滤波法即白噪声滤波法(WNFM)中的自回归滑动平均(ARMA)模型模拟高架桥的脉动风速时程.首先, 考虑高架桥脉动风速的时间和空间相关性, 导出自回归(AR)模型阶数与滑动回归(MA)模型阶数不相等时ARMA模型的表达式.接着, 基于Kaimal风速谱,使用ARMA模型来模拟一座实际高架桥的脉动风速时程.最后,通过比较模拟风速功率谱、自相关和互相关函数与目标风速功率谱、自相关和互相关函数的吻合程度, 验证基于ARMA模型模拟高架桥脉动风速时程的可行性.     

大跨屋盖风荷载的频域特性试验研究

在大气边界层风洞中通过模拟大气边界层风场对广州国际会展中心模型进行测压试验,获得了测点的在36个风向角下的风荷载。对风荷载的功率谱、相关系数、相干函数进行了细致分析,讨论了风场对脉动风压频域特性的影响。得出一些结论：脉动风压功率谱表现很强的漩涡脱落特征,其斯脱罗哈数约为0.295;测点风压相关系数横风向强于顺风向,均随着测点间距的增大而减小,并且边缘区域测点的相关性高于中间区域测点;测点风压的相干系数随着测点距离的增大而减小,且顺风向高于横风向。     

大跨越输电塔线体系随机脉动风场模拟研究

为在时域内分析大跨越输电塔-线体系风振响应,根据结构体型特征和脉动风场的功率谱特性,考虑输电塔-线分布、平均风剖面变化、功率谱能量与相干性等影响因素,提出了简化作用于输电塔线体系的多变量三维脉动风场(n-V-3D)为多变量一维脉动风场(n-V-1D)分析方法。结合输电塔线体系有限元法风振响应分析的特点,应用谐波叠加法和谱分解的适当修正,建立了脉动风速时程数值模拟方法。实例模拟表明,数据符合统计检验,模拟功率谱与目标谱吻合,从而验证了模拟方法的有效性和模拟脉动风速时程适用性。     

三维风场各分量对定日镜动态响应的影响研究

针对定日镜抗风设计过程中仅考虑纵向风而忽略竖向风和横向风对结构响应的问题,提出利用不同方向上的脉动风压功率谱和AR模型进行三维脉动风场的时程模拟,并将平均风荷载和脉动风荷载共同作用在建立的定日镜有限元模型上,通过对5种典型位置状态下定日镜的动力特性和风致动态响应分析得到风场各分量荷载对结构的影响。研究结果表明:在定日镜前5阶自振频率范围内,竖向和横向脉动风可能会引起结构的共振响应;定日镜在工作位置时的位移风振系数较小,可以仅考虑纵向和竖向风对其动态响应的影响;定日镜在避险停放位置时的位移风振系数较大,需同时考虑纵向、竖向和横向风对其动态响应的影响。     

长横担输电塔扭转向等效静力风荷载

为研究长横担输电塔扭转向等效静力风荷载的计算方法。以弹簧-多质点模型为基础提出了多自由度扭转向振动方程,并从频域角度对方程进行求解;在考虑一阶扭转振型贡献的基础上,采用惯性风荷载法提出了扭转向等效静力风荷载的计算公式;基于塔架结构顺风向体型系数及准定常理论,对塔架节段的扭转向风荷载谱进行推导;针对直流输电塔特有的几何构型及动力特性,提出简化模型并对振动方程及风荷载谱的计算公式进行简化;以准东-华东±1100 kV输电工程角钢塔为例,将采用上述方法的得到的输电塔主材、斜材及横隔材轴力与动力时程分析及我国规范方法的计算结果进行对比。结果表明,与规范方法相比,上述方法能提高主材、斜材和横隔材的设计可靠度,特别对塔身斜材及横隔材的可靠度提高较大,分别达98.5%及89.8%以上。     

高层建筑楼顶钢塔风振效应的参数研究

本文针对高层建筑楼顶钢塔的风振效应开展研究,采用线性滤波法模拟了结构的脉动风荷载时程,探讨了主体结构、楼顶钢塔及二者整体工作三种情况的动力特性,分析了脉动风速谱、频率比、楼顶钢塔高度和跨度等6种不同参数对结构顺风向风振动力性能的影响,并对比分析了线性和非线性粘滞阻尼器及粘弹性阻尼器三种速度相关型阻尼器对结构楼顶钢塔风振效应的控制效果。结果表明,结构楼顶钢塔设计时应避开主体结构的前三阶自振频率,以降低鞭梢效应;风荷载作用下楼顶钢塔的风振响应远大于主体结构,随基本风压和钢塔高度的增大而增大,但随钢塔跨度的增大而减小;阻尼器可有效衰减楼顶钢塔的风振响应,粘滞阻尼器对楼顶钢塔风振响应的减振效果优于粘弹性阻尼器,而非线性粘滞阻尼器的减振效果又优于线性粘滞阻尼器。     

大跨越输电塔线体系地震反应分析

以广东省汕头市的500KV榕江大跨越输电塔为背景,建立了塔线体系的空间有限元模型,采用振型分解反应谱法和时程分析法对其三向输入时的多遇地震反应进行了计算。对塔线体系动力特性进行了分析总结,对两种计算方法的结果进行了比较,并对大跨越输电塔中的控制杆件在地震作用下的内力和设计控制内力进行了对比研究。结果发现,单塔的频率大于塔线体系中塔的频率,但两者较为接近;塔线体系的地震响应小于单塔,导地线对输电塔抗震是有利的;地震效应在该塔设计中不起控制作用,但下横担拉杆和塔身二次变坡以下的K型支撑在地震作用下的设计轴力为设计控制轴力的90%,是结构抗震设计中的相对薄弱部位。对于大跨越高塔来说,抗震设计时考虑地震工况对横担主材拉杆、横担处塔身上横隔面主材和部分塔身斜材的影响是很有必要的。     

500kV 单回路输电塔塔头风荷载计算模型研究

根据高频底座天平测力风洞试验,得到典型500kV 单回路输电塔塔头结构风力系数的平均值和根方差值,给出了极值风力下塔头结构顺风向、横风向基底剪力和基底扭矩的功率谱。在此基础上,采用最小二乘法拟合,建立了输电塔塔头结构风荷载的计算模型,其结果不仅可以用于格构式输电塔频域计算,还可以为相关规范的修订提供参考。     

格构式塔架横风向脉动风荷载空间相关性研究

为了研究格构式塔架横风向脉动风荷载的空间相关性,基于某实际格构式塔架2个典型节段模型同步高频测力天平风洞试验和同步风速测试风洞试验,测得了模型基底剪力、弯矩和风速时程,通过数据处理方法得到了其横风向脉动风荷载及脉动风速的相干函数。在此基础上,分析比较了脉动风荷载及脉动风速的相干函数特点与变化规律。结果表明:格构式塔架横风向风荷载相干函数与频率,水平距离和竖向距离均有关;格构式塔架横风向风荷载相干函数与现有高层建筑及锥形烟囱等结构的结果存在一定差别。最后,运用非线性最小二乘法拟合得到了脉动风荷载相干函数经验公式,拟合公式与试验结果较吻合,可为分析格构式塔架横风向风荷载及风致响应提供一定的参考。     

风荷载对高耸电塔拆除爆破影响研究及实践

为安全拆除爆破某百米高混凝土电塔,在电塔倒塌方向偏转角理论推导分析的基础上,研究了风荷载对电塔倒塌方向的影响规律,并组织了拆除爆破施工。研究表明,当预设倒塌方向与风向一致时,对塔体倒塌方向影响最大;随着基本风速的增加,塔体倒塌偏转角逐渐增大,当基本风速在12 m/s以内时,倒塌偏转角可控制在3.2°以内;当基本风速为7.5～8.5 m/s时,应考虑横风向共振效应的影响。通过精心的设计、施工,实际电塔倒塌偏转角度控制在理论分析范围内。该成功案例对类似高耸建筑物爆破拆除具有一定借鉴作用。     

高速铁路风障在横风与列车风耦合作用下的气动特性研究

针对单层、腔室型两种形式的开孔波纹板风障,采用滑移网格方法分别模拟横风条件下高速列车通过风障区域的过程,分析了在横风和列车风耦合作用下风障周围的绕流流场特性、风障面板气动荷载的时域特性及横风与列车风耦合脉动压力的频域特性。结果表明:在高速列车行经风障区域的过程中,无横风时头车产生的冲击作用要大于尾车的;存在横风作用时,列车头车产生的气动冲击作用与横风作用形成对冲,抵消了部分横风能量,而列车尾车则与横风作用相叠加,放大了横风对风障的气动作用;单层风障通过改变横风流向起到挡风减载作用,而腔室型风障同时可在腔室内部及尾流形成大量小漩涡来消耗横风能量,使用腔室风障能显著降低单个风障面板的气动荷载;该研究中,横风与列车风耦合作用于风障的脉动压力以及气动荷载的主频谱峰值集中在0.5~5 Hz内。     

风力发电高塔系统阵风荷载因子法

给出了风力发电高塔系统阵风荷载因子法。与传统的阵风荷载因子法不同的是,因桨叶/塔体相互作用的存在,风力发电高塔系统阵风荷载因子包含两项共振分量。一般地,风力发电高塔系统包含桨叶和塔体两个子结构,每个子结构都可视为单自由度体系,二者耦合在一块构成两自由度体系。因桨叶和塔体自振频率可能相近,系统响应的共振分量包含了桨叶/塔体耦合系统前两阶振型的贡献。为获得风力发电高塔系统阵风荷载因子的准确值,给出了塔顶位移和基底弯矩阵风荷载因子数值解以及塔顶位移阵风荷载因子精确解。同时,针对桨叶不同转速给出了一系列考虑桨叶/塔体耦合的两自由度体系阵风荷载因子,并与不考虑桨叶/塔体耦合的单自由度体系阵风荷载因子比较,两者有一定的区别。     

风机塔筒流固耦合分析与受力监测研究

为研究大型风力机塔筒在随机风荷载下的受力和变形特性,用AR法模拟脉动风,基于ABAQUS协同仿真平台对风力机进行流固耦合分析,得到了塔筒的内力和变形,并与常规静力计算结果和实测结果做了相关对比。分析表明:塔筒最大应力出现在底、中段塔筒的连接部位,门洞因洞轴线与主风向垂直并设有门框,其周围未出现明显应力集中;忽略塔身风荷载会对塔筒最大应力控制点的位置造成偏差,考虑脉动风的流固耦合分析所得结果与实测结果接近,可较真实地反映塔筒内力和变形随时间的变化特性。     

考虑叶片旋转效应的风力发电塔架结构风-震耦合响应分析EI北大核心CSCD

中国风电场大多不可避免的建于地震频发地段,在风荷载作用下风机正常工作时发生地震是一概率极大的事件。因此,该文以西北地区某2.5 MW风力发电机为原型,对考虑叶片旋转效应的风电塔架结构在风-震耦合作用下的响应展开研究。利用谐波叠加法生成考虑叶片与塔筒的空间相干性的模拟脉动风速时程;基于叶素动量理论,计算考虑叶片旋转效应的叶轮载荷,并采用尾流模型计算塔筒尾流区塔筒面的载荷;基于有限元软件ABAQUS建立考虑叶片及机舱偏心的集中质量有限元模型并对风力发电塔筒结构在风-震耦合作用下的响应进行分析;探讨了地震输入时刻对于风-震耦合作用下风电塔筒响应的影响。研究结果表明:叶轮旋转效应及尾流对于风荷载的计算影响较大;风-震耦合作用可能使塔顶位移较风荷载单独作用下的小,基底应力接近地震单独作用下的基底应力值;地震动输入时刻对风-震耦合分析有较大影响,建议在设计时予以考虑。     

B类风场与台风风场下输电塔的风振响应和风振系数

为研究常规B类风场与台风风场下输电塔的风振响应差异,以沿海地区某四回路角钢输电塔为原型建立了有限元模型,采用谐波叠加法生成两类风场下的风速时程,并在时域内进行了输电塔风振响应和风振系数的数值分析。结果表明：台风风场的高湍流特性导致其作用时各测点的顺风向风振响应均大于B类风场下的对应值。两类风场下,输电塔的风振系数比值约为1.25。因此,台风多发地区的输电塔设计必须考虑台风高湍流引起的动力风荷载增大效应。此外还进行了气弹模型风洞试验,以研究不同风速下的气动响应和风振系数,并将试验结果与理论计算进行了分析比较,验证了数值分析的适用性。