桅杆结构横风向振动响应研究

桅杆结构横风向振动响应主要有两种形式；风致随机振动和涡激振动。本文采用线性随机振动理论来分析桅杆结构风致随机振动，并对单筒式桅杆的横风向自由振动机理、横风向共振及其控制进行了研究，同时给出相应的算例来说明。     

基于大涡模拟的三维高层建筑结构气弹响应数值模拟

以宽高比为1∶6的方形截面高层建筑为研究对象,采用弱耦合分区交错算法,流体域采用大涡模拟方法,进行了紊流边界层风场内三维高层建筑结构多自由度模型的气弹数值模拟,计算中考虑了来流紊流,以及结构的顺、横风向响应。将结构静止时大涡模拟结果与刚性模型测压风洞试验进行比较,验证了该方法在准确预测结构风荷载方面的可行性。通过与气弹模型风洞试验结果的比较表明,本文数值分析方法可用于求解风与结构的相互作用,且具有较高的精度。进行了高折减风速下的气弹数值模拟,研究了结构顶部顺、横风向位移响应随折减风速的变化规律。结果表明：结构风振气弹响应主要为来流紊流引起的顺风向抖振和旋涡脱落引起的横风向涡激振动;折减风速较小时,结构顺、横风向位移振幅相当,且位移响应均相对较小;随着折减风速的增加,结构位移响应增大,横风向涡激振动逐渐占据主导地位,并经历了从“拍”到“涡激共振”的转化。     

卡门涡街作用对钢管避雷针机械强度的影响

通过两起架构钢管避雷针的断裂跌落事故提出了目前避雷针设计时忽略的一个因素,这个因素就是流体对避雷针作用的卡门涡街现象。接着介绍了卡门涡街的概念和卡门涡街作用形成涡激共振的条件,并通过一个故障避雷针进行涡激共振疲劳寿命计算,最后对750 kV和330 kV钢管架构避雷针的一阶共振临界风速和二阶共振临界风速进行了估算,并且,给出了避免发生涡激产生的改进措施:通过对避雷针气动控制措施的改善来避免涡激共振的产生。     

大高宽比方形截面高层建筑的横风向风荷载及风致响应研究

基于一栋高层建筑的刚性模型表面压力测量风洞试验数据,分析了高宽比较大且截面为方形的高层建筑横风向风效应的共同特征。得到如下结论:高层建筑横截面为方形时,其横风向风荷载主要由规则性旋涡脱落导致的尾流激励构成,为窄带随机激励;当高层建筑的高宽比较大时,基阶固有频率相对较低;当高层建筑兼具方形截面和大高宽比这两个特征时,其基阶固有频率可能接近其尾流的旋涡脱落频率,从而发生剧烈的横风向涡激共振。建筑结构截面的小幅增大可使这种剧烈的横风向涡激共振得到有效控制。上部外形的适当处理,也可能有效降低高层建筑的横风向等效风荷载。低矮群楼的出现将在一定程度上影响高层建筑的风荷载。     

750kV变电站构架柱顶避雷针及地线柱结构风洞试验研究

变电站构架柱顶避雷针及地线柱是对风荷载极为敏感的高耸结构,其风致振动破坏对变电站的安全运行影响很大。针对某750 kV变电站构架柱顶避雷针结构进行了气动弹性模型风洞试验,获得了模型结构的动力特性、高风速下顺风向风振响应和低风速下横风向风振响应以及结构的分段风振系数,经与现行相关设计规范的风振系数计算值、有限元时程分析数值对比,表明现行规范对这类结构的风振系数存在低估的风险。     

变电构架避雷针结构的风致动力响应与加固分析

以某500 kV变电站构架避雷针结构为背景,建立了典型构架避雷针结构的有限元模型,对其进行模态分析、频域内的谐响应分析和不同风向角下结构的动力响应分析并与单根避雷针进行了对比。结果表明:设置避雷针的变电构架模态频率分布较为密集,振型主要以避雷针的局部振动为主。在设计风荷载作用下,典型构架避雷针整体结构的中间避雷针受力较为不利,避雷针和横梁的相贯T型节点处以及中间变截面处应力水平较高,说明其构造不合理,需要对上述部位进行加固处理。对比加固前后结构的风振动力响应可知,在T型节点处设加劲肋可有效减轻避雷针和横梁相贯节点处的应力集中现象。对比相同工况下结构的动静力计算结果,建议按照现行规范设计构架避雷针结构时,将拟静力分析结果乘以一个动力放大系数,以策安全。     

一起架构避雷针断裂故障原因分析

对一起330 kV设备区架构钢管式避雷针断裂倒塌故障进行详细分析,介绍了故障发生的过程及当时的气象条件。从避雷针的结构入手进行深入剖析。通过对作用于避雷针风荷载进行计算和与设计值进行比对,找到了故障发生的直接原因:处于风场迎风侧最上游的钢管避雷针,在湍流强度较低的流场中和适宜的风速条件下,发生了涡激共振,在涡激共振往复荷载的持续作用下,导致钢管避雷针整体倾倒。     

输电塔钢管构件涡激风振防振锤抑制方法研究

输电钢管塔的某些圆截面构件在一定条件下会发生由卡门涡街引起的横风向振动,持续振动可能会造成结构破坏。目前抑制该振动的方法主要采用限制构件一阶起振临界风速即间接限定构件长细比。借鉴输电线路导地线微风振动的防振锤抑制方法,研究了采用防振锤抑制钢管构件的涡激风振,提出了钢管构件涡激风振抑制用防振锤的参数设计计算及优化方法,并通过试验验证了该方法的良好抑制效果,研究成果为钢管塔的涡激风振防治提供一种新的技术方案。     

单向张拉膜结构气弹模型试验研究

在均匀流场中进行开敞式单向张拉膜结构气弹模型风洞试验,研究膜结构的流固耦合机理。研究表明：膜的气弹失稳主要由涡激共振引起,膜结构在风荷载作用下变形到平衡位置并围绕该平衡位置进行振动,特定风速下,流体流经平衡位置会产生旋涡。低风速下,膜以一阶模态为主振动,流场中没有任何旋涡;超过一定风速后,振动中出现了某高阶模态的响应,流场中也出现了与该阶模态主频接近的旋涡;随着风速的增大,旋涡的主频与该阶模态频率的差别越来越小进而变化到相等,后又变化到差别越来越大,导致该阶模态的共振响应越来越弱直至消失;随着风速的继续增大,旋涡的频率会与膜的其他阶模态基频接近,导致结构发生其他阶模态的涡激共振。这种涡激共振是一种周期性振荡式失稳,结构的无量纲第一临界风速约为0.84,第二临界风速约为2.27。     

基于CFD的750kV变电构架单钢管避雷针结构绕流分析

采用Fluent软件,对750kV变电构架单钢管避雷针结构进行了模拟风场下的绕流分析,获得了避雷针各节段在设计风速下的绕流特性、涡脱现象以及体型系数。分析结果表明:随着钢管直径的减小,避雷针绕流的涡脱现象增强,体型系数变大。设计风速下避雷针各节段体型系数数值模拟值与规范取值相差最小为4%。在750kV变电构架单钢管避雷针结构设计中,当钢管直径小于150mm时,为保证结构安全和正常使用,应对结构进行风振动力响应分析。