三边形桅杆风荷载谱模型试验研究

对三边形格构式桅杆进行了均匀流和两种紊流下的高频测力天平风洞试验,得到了顺风向、横风向和扭转向的气动力系数以及脉动风荷载谱。采用基于风速谱的数学模型对顺风向脉动风荷载谱进行拟合,验证了该经验公式在不同流场下的适用性。根据试验所得横风向和扭转向脉动风荷载功率谱曲线的特点,建立由紊流激励和旋涡脱落激励两部分组成的谱函数数学模型,最小二乘法拟合结果与风洞试验结果吻合良好。横风向脉动风荷载谱以紊流激励为主,紊流强度15%时旋涡脱落激励贡献仅占10%,扭转向脉动风荷载谱中旋涡脱落激励贡献明显增大,达到40%。     

大型单立柱双面广告牌风荷载及风振响应分析

大型单立柱双面广告牌的风致破坏时有发生,为研究其在强风下的破坏机理,完善大型户外广告牌结构的抗风设计,本文以典型的双面广告牌结构作为对象开展了两类模型风洞试验.首先通过刚性模型的面板测压风洞试验,分析了上部结构平行面板方向、垂直面板方向和扭转荷载的风力系数随风向角变化规律,针对最不利工况,给出了沿面板长方向风压分布及整体结构风力系数,以及垂直面板方向和扭矩风荷载功率谱的建议公式;通过气动弹性模型的高频天平测力风洞试验,研究了双面柔性广告牌的基底力响应.综合静力刚性测压和动力气弹响应两阶段试验结果,给出双面广告牌垂直面板方向和扭转风振响应的理论计算方法.计算表明:对垂直面板方向风荷载的理论计算,荷载谱需考虑气动导纳函数的影响,对于扭转荷载谱,主要为湍流和漩涡脱落激励的贡献.气动阻尼对结构共振响应的影响非常显著.利用理论方法计算的风振响应与气弹动力试验的结果吻合良好,可用于户外广告牌风振响应的计算.     

输电线顺线路方向风荷载及分配模式

采用风洞试验,结合有限元分析方法,研究输电线顺线路方向的风荷载和作用模式;研发弧形输电线风荷载的风洞试验测试装置;获得2种典型垂跨比输电线的顺线路方向比例系数;通过2个实例对比输电线顺线路方向风荷载的3种分配模式,给出输电线顺线路方向风荷载和分配模式的建议. 研究表明,各国规范中只有中国规范给出了顺线路方向风荷载的规定;垂跨比为4%和8%的输电线顺线向荷载比例系数均低于0.15,中国规范取值（0.25）偏保守;按投影高度和按规范中拉索体型系数的分配结果基本一致;按弧长分配会比按其他2种方法获得更大的竖向位移和水平位移,增大幅度约为12%;顺线路方向的比例系数建议取0.10（常规输电线）或0.12（大跨越输电线）;顺线路方向的风荷载建议采用按投影高度进行分配.     

高层建筑气动阻尼评估的随机减量技术

通过高层建筑气动弹性风洞试验，测得模型的顺风向、横风向和扭转风向加速度响应时程曲线，并用随机减量技术（RDT）分析、计算得到其气动阻尼，为高层建筑风振计算中气动阻尼的确定提供了方法和依据。     

援莫桑比克国家体育场风荷载相干函数与风致响应分析

援莫桑比克国家体育场屋盖为典型的钢结构大跨度悬挑屋盖,风荷载为其结构设计的主要控制荷载.通过刚性模型表面测压风洞试验,得到了体育场屋盖的风压时程,并以此为基础,计算了屋盖表面各测点的风荷载相干函数,分析了屋盖结构不同区域测点之间表面风荷载相干函数的变化规律.另外,利用结构有限元模型,使用频域方法计算得到了结构的位移与内力均方根响应,分析了屋盖表面风荷载相干函数对风致位移和内力响应的影响以及振型数量和振型交叉项对屋盖风致位移和内力响应的贡献.结果分析表明,在进行结构风致响应计算时,不考虑各测点之间的相干函数,会低估结构的风振响应,不考虑结构振型交叉项的影响,也会导致计算结果较大的误差.     

加劲十字形轴压杆考虑初始扭转缺陷的扭转位移函数

在小变形假定下推导了加劲十字形轴压杆考虑初始的扭转位移函数解,讨论了解的形态及其统一表达式,并与有限元进行了对比验证。分析表明,理论解与有限元结果吻合较好,当轴力小于0.4Afy时两者基本没有误差;轴力与构件跨中的扭转位移之间存在明显的二阶效应,跨中扭转位移的增加率随轴力的增加而增加;初始扭转缺陷对加劲十字形轴压杆有不利影响,其影响程度与其幅值基本呈线性关系。     

输电塔线体系在地震动水平-摇摆耦合作用下的响应研究

通过数值模拟对输电塔线体系在地震动水平-摇摆耦合作用下的响应进行了研究。采用有限元程序分别建立了单塔和塔线耦合体系的三维有限元模型,进行模态分析和动力时程分析。对单塔和塔线体系的动力特性和在水平、摇摆和水平-摇摆耦合地震作用下的响应时程分析结果进行了对比研究。结果表明,输电线对输电塔横导线方向和顺导线方向的地震响应的影响不同,将减小输电塔横导线方向的地震效应,而将增大输电塔顺导线方向的地震效应;相比单一水平地震作用,输电塔线体系在地震动水平-摇摆耦合作用下的响应更加显著。对于输电塔等高柔结构来说,抗震设计时考虑地震动摇摆分量的影响是很有必要的。     

新型波形钢腹板组合箱梁温度效应

针对由混凝土与钢材的热工参数差异显著而导致新型波形钢腹板组合箱梁温度效应突出的问题,考虑子梁微段平衡条件、子梁间变形协调条件和波形腹板剪切变形效应,建立竖向温度梯度作用下新型波形钢腹板组合箱梁相对滑移、内力和应力的理论计算方法. 对大温差地区的新型波形钢腹板组合箱型试验梁进行温度长期观测,拟合结构竖向温度梯度函数,通过该理论方法计算实测温度梯度下的结构温度响应,利用有限元模拟对本文理论进行验证. 结果表明,在实测温度梯度下,界面剪力、子梁弯矩和应力均沿梁纵向呈双曲余弦函数分布,层间相对滑移沿梁纵向呈双曲正弦函数分布. 是否考虑腹板剪切变形效应对组合梁梁端向跨中0.8 m范围的温度效应影响较大,对组合梁中部的影响可以忽略. 混凝土线膨胀系数、组合箱梁层间滑移刚度和界面温差对新型波形钢腹板组合箱梁温度效应的影响较大,在设计中应合理排布层间剪力连接件,考虑混凝土线膨胀系数的变异性对该类结构进行温度效应计算.     

矩形高层建筑扭转向风振响应简化计算

目的 研究在风荷载作用下计算独立矩形高层建筑扭转风振响应与扭转动力风荷载的经验公式.方法 结合随机振动理论与结构动力学知识,采用频域法建立了矩形高层建筑扭转向风振响应积分计算方法.进而通过必要的假定,将复杂的积分计算公式简化为简单的代数运算公式.为了减小在公式简化过程中采用的假定带来的误差,引入了误差调整系数.并通过对不同地貌条件下各种长宽比、高宽比和频率的建筑物的误差调整系数的分析.得到了结构的误差调整系数随各参数的变化规律,最后采用最小二乘法拟合得到了误差调整系数的公式.结果 得到了矩形高层建筑扭转向风振响应计算的经验公式.结论 由经验公式计算得到的结构响应与由积分方法计算得到的响应很接近,总体的相对误差基本上在5%以内.说明简化经验公式有较高的精确度.     

单杆输电塔气弹模型风洞试验研究和理论分析

针对高耸单杆输电塔结构风致响应较大的特点,进行了气动弹性模型的风洞试验,以研究在不同风速下的气动响应.模型分不挂导线和挂导线两种情况,分别测定了在模拟紊流流场中的顺风向和横风向振动响应,以及在均匀流场中的气动系数,在此基础上得到的最大加速度、最大位移、横风向与顺风向响应的比例以及导线的阻尼作用大小等数据,可作为结构设计的依据.此外,在时域内用三角级数叠加法和Newmark法,在频域内用功率谱积分法,分别对该结构的风致响应进行了理论分析和计算,将计算结果与试验结果进行了比较分析,验证了试验的正确性.     

大跨越输电塔线体系气弹模型风洞试验

针对大跨越输电塔线耦合体系的风振响应问题，以规划中的世界第一高塔--某大跨越输电塔线工程为原型，采用离散刚度法设计制作了塔线体系的气弹模型，并在紊流风场中进行了多个风向角、多个风速下的单塔和塔线体系气弹模型风洞试验.试验结果表明，输电塔的响应可以分解为共振响应与背景响应.通过分析塔线耦合作用对输电塔2部分分量的影响，揭示了塔线体系的风振响应特性.塔线体系与单塔相比，由于阻尼的增加导致共振响应有所降低，而迎风面积的增大使得背景响应有较大幅度的提高.分析塔线体系总的风振响应必须同时考虑塔线耦合作用对2部分分量的影响.     

大跨度柔性屋面建筑风振响应研究——突然开孔时的内压及屋面响应研究

研究了大跨度柔性屋面建筑在台风中门窗破坏产生突然开孔,风从开孔涌人引起的内压以及屋面响应问题.假定建筑物体积变化与内压成线性关系,推导了突然开孔时内压以及屋面响应的理论公式,并进行了大跨度平屋面气动弹性模型风洞试验.理论分析结果与试验结果符合较好,说明理论分析有足够的精度.研究结果表明,大跨度柔性屋面建筑突然开孔时有内压突然增大的现象,屋面呈现两个共振频率,屋面柔度能够增大系统阻尼,降低屋面响应,风速以及开孔面积增大时能增大屋面响应.     

悬挂质量摆对大跨越输电塔的风振控制

为了研究被动控制装置对格构式高耸结构的控制效果，提出了一种悬挂质量摆风洞试验模型.基于控制减振机理和结构风振控制方程，进行了悬挂质量摆对输电塔结构风振控制的全塔气动弹性模型试验.采用Simiu脉动风速功率谱密度函数，利用三角级数法模拟了节点风速时程.根据准定常理论，计算了悬挂质量摆控制前后结构顺风向的加速度时程和均方根(RMS)，并进行了参数优化分析.研究结果表明，由模拟风载计算得到的塔顶RMS与试验结果吻合较好，该质量摆模型可有效减小输电塔的风振响应.     

绝缘子在输电塔线体系动力计算中的作用分析

针对绝缘子在输电塔线体系动力分析中的作用问题采用在计算中变化绝缘子长度的方法来研究.建立有无绝缘子的输电线路有限元模型,分析有无绝缘子情况下线路动力特性的区别,采用导线脱冰分析绝缘子在顺线向响应中的作用,通过地震响应分析绝缘子对顺线向和横线向响应的影响.研究表明,绝缘子的摆动对纵向不平衡张力有明显的缓冲作用,长度越长缓冲作用越明显;地震分析中绝缘子对顺线方向响应有一定的缓冲作用,对横线方向没有缓冲作用;采用无绝缘子的塔线体系模型会给动力响应带来一定的误差.     

基于Hilbert-Huang变换的大跨屋盖气动阻尼识别

当风流经大跨柔性屋盖时，屋盖在内外压共同作用下表现出显著的流固耦合特性.根据Hilbert-Huang变换的特点，在比较多种气动阻尼识别方法的基础上，提出联合采用经验模态分解法(EMD)、改进的随机减量法(MRDT)和Hilbert变换法(HT)进行大跨屋盖气动阻尼识别研究，并详细阐述了联合法的技术原理.通过大跨屋盖气弹模型风洞试验，将采集的信号经EMD法得到各阶模态响应(IMF)，提取主要IMF经过MRDT、HT及带通滤波技术，识别出屋盖在四周封闭和突然开孔两种状态下的气动阻尼和固有频率.研究了在不同风速下屋盖气动阻尼的变化特性.在突然开孔时，气动阻尼对屋盖风致振动的影响不可忽略     

基于响应目标的特大型冷却塔优选组合方案

现有冷却塔群组合形式选型主要基于荷载干扰因子来考虑,这一做法难以真实反映冷却塔群结构的受力特征.为研究基于静风响应目标的四塔组合优选方案及特大型冷却塔在不同四塔组合下的综合受力性能,本文以在建世界最高冷却塔(220 m)为工程背景,分别对串列、矩形、菱形、L形和斜L型5种典型四塔组合冷却塔群共320个工况进行了同步刚体测压风洞试验.获取了5种四塔组合形式下各工况冷却塔表面风压分布模式,并基于有限元方法建立了"塔筒-支柱-环基"一体化仿真计算模型,分别对不同组合形式、来流风向角和塔群相对位置工况进行了三维非对称风荷载作用下的特大型冷却塔静风响应分析,探讨了7种典型响应目标下四塔干扰作用对特大型冷却塔风致位移响应及内力响应影响规律.在此基础上,综合对比研究了不同静风响应指标的影响程度与分布规律.最终,基于静风响应目标综合定性地给出了四塔组合形式的优选方案,其中的串列组合布置方案抗风性能最优,菱形、斜L形、矩形和L形组合抗风性能依次递减.     

关于500kV典型高压输电塔风致响应的研究

以典型500 kV鼓型输电塔为研究对象,建立了输电塔三维有限元模型.在考虑各节点风力空间相关的条件下,利用Davenport风速功率谱对节点风力进行了数值模拟,对不同风向下塔的风振响应进行了分析,讨论了输电塔风致响应的特性.结果表明:输电塔平均位移响应主要为顺风向响应,横风向平均位移响应值接近于零;各个方向一阶振型在响应中起主导作用;顺风向关键节点位移响应因子约为2.0.