基于风振性能的高层建筑抗风设计优化

提出了一个基于风振性能的结构优化设计方法来解决高层建筑在各种风灾条件下的风致性能设计问题。借签抗震性能设计方法,划分了高层建筑的三水准抗风设防标准。各水准下的风灾烈度及其概率要素可以通过对气象部门的极端风速记录开展统计极值分析来进行。基于高层建筑风致动力响应的频域内风振模态分析,给出了各种风致加速度指标的实用表达式。通过数学建模对风致性能的结构优化设计问题作出了精确描述,用结构构件尺寸等设计变量显式的表达出各种风振性能设计指标。发展了基于优化准则法的数值算法来求解高层建筑在多种风致性能设计约束条件下的结构最优设计。最后,通过一个40层住宅楼的工程实例验证了文中提出的多级抗风性能自动化结构设计方法的有效性和实用性。     

大跨干煤棚网壳风振时程分析和等效静风荷载研究

以某热电厂大跨干煤棚网壳工程项目为背景,对开敞干煤棚网壳结构进行了风洞测压试验。基于风洞测压试验所得的脉动风荷载时程数据,开展了大跨干煤棚网壳风振时程分析。分析了不同风向角下是否堆煤对该开敞干煤棚网壳结构风振响应的影响。研究了基于时程计算结果的大跨屋盖结构等效静风荷载计算方法,分析比较了几种常用的风振系数计算公式及其与峰值因子的关系。研究结果表明：考虑Weibull分布峰值因子的局部轴力风振系数能够用于确定合理有效的等效静力风荷载,实现大跨干煤棚网壳结构风振响应的静力等效,且便于工程应用。     

丘陵地形风场水平非均匀性和导线风荷载

对于大跨度输电线而言,风场水平特性对输电塔线体系的结构设计有重要影响。我国现有GB50545—2010《110～750 k V架空送电线路设计规范》采用风压不均匀系数来衡量风速沿空间分布的不均匀性。在浙江舟山某丘陵地形长约500 m的输电线路沿线构建了一套多点同步风速监测系统,采集获得了近1年的风速风向及温度等数据。基于现场实测数据,分析丘陵地形周边的水平风场特性,定量计算不同档距条件下的平均风速不均匀系数和极值风速不均匀系数。讨论了国内外导线风荷载计算方法中风压不均匀系数和档距折减系数的取值依据,并与现场实测数据得出的经验算式进行对比分析。实测得到的极值风速不均匀系数经验式与国内外荷载计算标准档距折减系数取值基本一致,也与DL/T 5551—2018规范报批稿中给出的档距折减系数计算式相符。     

高层建筑周边三维瞬态风场的混合数值模拟

为了改进高层建筑周边瞬态风场数值模拟方法的计算效率,在随机流场生成方法和计算流体动力学(CFD)的基础上提出高效的混合型数值模拟方法.采用雷诺应力模型求解标准高层建筑模型(CAARC)周边的时均化湍流场,结合获得的雷诺应力张量修正瞬态风场的风功率谱.运用随机流场生成方法和快速傅里叶变换技术模拟得到该建筑周边的三维脉动风速场.以谱密度函数、互相关函数以及空间相关系数为特征指标量,对风速场模拟样本的物理和数值特征进行验证.研究表明：计算得到的风场满足流体不可压缩条件,与传统模拟方法的结果相比更符合风谱能量分布等真实大气湍流物理特征,证明提出的瞬态风场混合模拟方法可以高效准确的求解受建筑干扰后的真实三维脉动风速场.     

复杂体型屋盖表面风压的高阶统计量与非高斯峰值因子

该文研究了某站台结构刚性屋盖风洞实验中风压统计量对于数据时长的敏感性。采用不同时长的数据计算长时距脉动风压数据的偏度和峰度,结果表明高阶统计量具有非平稳特性,峰度的值受数据时长的变化影响显著。根据随机数据的峰度是否大于3,可以将其划分为软响应过程和硬响应过程。通过分析此建筑屋盖表面风压数据,发现屋盖表面存在峰度小于3的硬响应测点。而现有的峰值因子计算方法都没有具体探讨其对于这种峰度小于3的硬响应测点的适用性,该文将不同计算方法得到的软响应和硬响应峰值因子结果与标准统计方法计算值进行对比,进而判断各种方法的优劣性。结果表明非高斯峰值因子计算当中不宜引入峰度这个参数,TPP方法对于计算硬响应过程和软响应过程的非高斯峰值因子都有很好的适用性。     

定日镜结构的动力风效应和风致疲劳损伤研究

典型的定日镜结构由下部立柱支撑扭矩梁、桁架、驱动传动系统及上部镜面板组成,一般位于平坦开阔地区,所受风荷载较大,风致振动较为显著。建立了某定日镜整体结构的精细化有限元模型,镜面尺寸为8 m×8 m,立柱高5 m。分布于镜面的脉动风荷载通过风洞试验测得,完成了定日镜整体结构在不同水平风向角和不同镜面仰角下的风振响应时程分析。分别基于雨流法、等效应力法、等效窄带法、等效宽带法,结合Miner疲劳线性累积损伤理论,实现了时域与频域内的定日镜结构关键部位在最不利风荷载工况下的风振疲劳损伤分析,并对各种方法得出的损伤值进行了比较,验证了疲劳损伤频域分析方法的有效性。     

大跨度钢屋架整体安装方案的设计分析

某高科技厂房钢屋架安装工程,项目中钢屋架跨度达67.2m,由于施工场地比较狭窄和经济因素制约,无法使用大型机械设备进行整体安装。结合现场实际情况,利用有限元分析,提出一个经济合理的混合吊装方案。该方案巧妙地运用汽车吊和龙门吊,在两周时间内完成了7榀梯形钢屋架的安装工作,为该工程建设赢得了时间。     

基于Frandsen尾流半径假设的风力机尾流模型研究

在Frandsen非线性尾流半径假设的基础上,推导得出考虑环境湍流强度和风力机推力系数影响的Frandsen高斯修正尾流速度模型,并提出Frandsen双高斯湍流强度模型。以600 kW单风力机为案例,通过开展风洞试验和大涡模拟2种研究手段验证2个修正模型的预测效果。结果表明,Frandsen高斯修正尾流速度模型在径向尾流上预测效果更好,模型平均误差下降至7%,优于Frandsen速度模型。Frandsen双高斯湍流强度模型则能更好反映实际湍流强度在尾流场的变化特征。2种修正模型均比传统模型具有更好的预测效果,为风力机设计提供了新的尾流模型。     

台风作用下输电塔线体系多元状态监测及风偏可靠度分析

在舟山某输电线路上布设一套包含风速风向等气象要素以及塔线动力响应的多元状态监测系统。该监测系统获取了在2017年18号台风“泰利”影响下的输电塔线周边风场,导线风致振动以及动张力等现场实测数据。考虑结构参数的不确定性,建立了该输电线路有限元模型,开展了本次台风以及不同风灾水平下的导线风振反演分析,其中脉动风场是在数值模拟生成的基础上再与现场实测风速数据同化后得到。本次台风作用下的反演分析结果与实测值吻合较好,验证了随机风振反演分析结果的有效性。根据风偏响应结果,进一步完成了该输电线路可靠度分析,得到了风偏闪络失效的易损性曲线,从而评估了该输电线路在不同风灾作用下的风偏闪络危险程度。     

高层建筑钢结构基于风振响应和动力特性的优化设计

高层建筑的风致响应和等效静力荷载虽然可以通过风洞试验和动力分析有效的加以确定,在结构设计的整个过程中这些等效风力却往往被当作常数来应用。本文提出了一个结合气动风力分析和结构刚度优化的自动化技术。在结构设计中利用这个技术,可以在优化结构刚度和最小化结构造价的同时,实时检查和更新作用在建筑结构上的等效风荷载。一个几何尺度与航空研究共同顾问理事会(CAARC)建议的建筑模型一致的钢框架结构被用来进行风力分析和结构优化的例子。结果表明这个技术不但能在满足位移设计要求的情况下优化结构刚度降低造价,而且也降低了作用在结构上的等效风力。