建筑结构风致响应的时频域计算方法比较

针对结构风致响应的时域法结果和频域法结果是否一致的问题,以高层建筑和冷却塔为例比较两种方法在相同的风荷载条件时的响应结果,分析时域法和频域法产生结果差异的原因并给出减少差异的措施,为两种方法在求解结构风致响应的合理应用提供参考.研究表明:频域分析中根据各阶模态的应变能确定该阶模态的贡献程度;计算模型是影响时频域结果吻和程度的一个重要因素,如果两种方法采用相同的计算模型,那么两种方法得到的计算结果会非常接近;计算中结构阻尼的处理方式也是导致时频域计算结果差异的一个原因.     

大型冷却塔风致响应的干扰效应

为了研究渡桥电厂冷却塔的群塔干扰效应,采用呈倒品字型布置的3个冷却塔进行简化分析.变化塔间距和风向角,进行180个工况的风洞试验.基于试验结果进行风致响应的计算和干扰效应分析,将干扰计算结果作为渡桥电厂塔群干扰的参考.研究表明:在单塔情况下,冷却塔横风向底部剪力系数的平均值几乎为零,极大值较大;冷却塔壳体在风荷载作用下拉应力主要出现在迎风面的中下部;在三塔情况下环向薄膜应力的干扰系数均小于1,子午向薄膜应力极大值的干扰系数基本上均大于1,最大值达1.57.     

大型冷却塔风致响应极值现场实测和有限元对比

通过现场实测数据分析发现冷却塔局部加速度响应呈现显著的非高斯分布,而基于高斯假定的风致响应极值估算方法已不能完全适用.为研究考虑非高斯特性的风致响应极值分布,以西北地区某179 m高大型冷却塔为研究对象,通过现场实测获取环境激励下塔筒典型部位的加速度振动信号,首先结合随机减量法和自然激励技术对信号进行预处理,再采用ARMA、ITD和STD三种模态识别方法获取了冷却塔前10阶自振频率和阻尼比,并与有限元动力特性结果进行对比验证,再借鉴振型组合思路提出结构等效综合阻尼比.采用两种极值估算方法(峰值因子法和Sadek-Simiu法)计算了不同样本的峰值因子和加速度响应极值,并给出了实测响应极值单一取值.最后基于完全瞬态时域法进行了实测阻尼比2%和规范阻尼比5%下的风振响应分析,并将有限元与实测响应极值进行对比和误差分析.实测和有限元分析对比研究表明:实测和有限元分析的结构前10阶自振频率结果较为一致,最大相差9%;两种极值估算方法获得的实测加速度响应极值最大相差32.02%;局部测点在实测阻尼比下的有限元风振响应极值与实测极值较为一致.     

双曲冷却塔在自重及集中荷载作用下的内力分析

本文对具有离散支撑的双曲冷却塔在自重及集中荷载作用下的内力、位移作了分析计算,采用半解析有限元法,子午向用Ｈｅｒｍｉｔｅ插值,环向用三角级数展开。集中力用δ函数表示。对于冷却塔边界离散支承,利用等效作用的原则,用方波函数进行二次计算。本文的计算结果对施工中出现的集中力问题,有一定的指导意义。     

大型双曲冷却塔内表面风荷载的数值模拟

为了获得大型冷却塔的内表面风压,应用CFD数值模拟方法进行计算,分别采用可实现的κ-ε湍流模型和多相流模型计算由外风场作用和冷热空气自循环系统产生的内压,并分析这2种内压沿高度和纬度的分布规律,进行2种内压的合成计算,最后给出冷却塔内压的建议值.计算结果表明:外风场作用产生的内压随高度和纬度变化明显,自循环系统产生的内...     

基于风洞试验的高层建筑风致响应和 等效风荷载计算

针对复杂体型和有气动干扰情况下高层建筑的风致响应和设计风荷载问题,提出一种基于风洞试验的计算方法,利用同步测压的风洞试验数据获得高层建筑的风压测层合力,基于简化层模型,在频域内给出该高层建筑风致响应和对应于各种响应等效风荷载的计算方法,并将该方法应用于某高层实例.分析表明：位移响应以第1阶模态贡献为主,加速度响应的前几阶模态均有贡献;采用频域和时域方法获得的位移和加速度响应吻合较好;本实例中基于顶部位移、底部剪力和底部弯矩的等效风荷载结果非常接近;等效风荷载的累加值可用来判断最不利风向角.     

双塔情况下冷却塔风荷载的数值模拟

为研究双冷却塔的干扰效应，采用计算流体动力学（CFD）方法分析了在不同塔间距和风向角情况下冷却塔的风荷载分布规律.计算单座冷却塔的风荷载并与规范数据进行比较，结果验证了CFD方法用于模拟冷却塔风荷载的可靠性.算例分析表明，在固定双塔间距条件下，后塔阻力系数随风向角增大呈递增趋势，并当双塔平行排列时达到最大；当双塔前后排列时，后塔阻力系数随塔间距增大而逐渐增大，并趋向单塔结果；当双塔平行排列时，应尽量避免塔间距为1.1～1.4倍冷却塔底面直径，此时干扰效应极其显著.     

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.     

基于风-雨双向耦合的大型冷却塔结构响应

暴风雨天气下,降雨会直接改变结构表面气动载荷并进一步影响风的湍流作用,然而现行冷却塔结构抗风设计均忽略了降雨带来的附加效应.为探究风-雨作用对冷却塔结构受力性能的影响,以中国西北地区已建成的210 m世界最高冷却塔为例,基于风-雨双向耦合算法,首先采用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)技术进行3种典型风速下冷却塔结构周边风场模拟,然后添加离散相模型(discrete phase model,DPM)开展9种不同风速-雨强组合的风雨耦合同步迭代计算.在此基础上,对比研究不同风速-雨强组合对塔筒表面雨滴运行轨迹以及雨量的影响规律,然后提出大型冷却塔风雨耦合等效压力系数的拟合公式.最后,结合有限元方法建立不同工况的大型冷却塔等效荷载耦合模型,对比研究不同风速-雨强组合下大型冷却塔塔筒、支柱和环基的结构响应.研究可为此类大型冷却塔在极端气候和复杂工况下的荷载预测提供参考.     

不同类型支承大型双曲冷却塔的动力特性研究

本文论述了用激光全息干涉法实验的方法,对不同类型支承双曲冷却塔的动力特性进行的实验研究。文中给出了连续支承,?型支承,V型支承和X型支承的双曲冷却塔的固有频率和振型。这些实验数据,对双曲冷却塔的理论研究和工程设计有重要的参考价值。     

大直径双曲线钢筋混凝土冷却塔爆破拆除

针对冷却塔重心低、高细比小、壁薄的结构特点,选择合理的爆破切口形式、高度、角度等爆破参数,采用"开窗口、断钢筋、预留支撑板块"的方法,对某大直径双曲线钢筋混凝土冷却塔进行爆破拆除;对爆破产生的飞石、爆破塌落振动、碎碴飞溅等问题进行安全性分析并制定了具体的安全措施。冷却塔起爆后按设计方向倒塌,爆破效果良好,为类似爆破工程提供参考。     

雷暴冲击风作用下高耸输电塔风振响应

基于考虑雷暴移动的冲击风风场模型,将非稳态高斯过程的冲击风脉动风速表达为稳态高斯过程和调幅函数的乘积,联合运用FFT算法和谐波叠加法模拟了冲击风水平方向脉动风速.通过风洞试验得到输电塔风载体型系数.采用准定常假设,并考虑到风向不断随雷暴的移动而改变,提出了作用于输电塔的雷暴移动冲击风风荷载模型.采用Runge Kutta法分析了输电塔在冲击风荷载下的风振响应.针对冲击风过程的非稳态特性,采用多样本统计方法定量分析了输电塔响应动力放大作用,着重探讨了不同尺度的冲击风对输电塔风致响应的变化规律.冲击风尺度变化对输电塔响应影响较大,但对动力放大系数影响不明显.当冲击风的最大风速为60 m/s时,位移动力放大系数为1.4左右.     

ANSYS在双曲线型冷却塔分析中的应用

应用ANSYS有限元分析软件对火力发电厂双曲线型冷却塔进行结构分析,主要探讨了在自重、温度和风荷载作用下,双曲线型冷却塔塔筒的位移、应力和内力分布规律.简单介绍了荷载的施加方法并建立了有限元模型,并对自重、温度和风荷载3种工况塔筒的受力特点进行了研究.结果表明:风荷载工况塔筒的喉部位移最大;自重工况塔筒的薄膜力大,且同一位置的子午向薄膜力大于环向薄膜力;温度工况塔筒的弯矩大,且在塔筒的中段弯矩恒定;风荷载工况塔筒同一位置的子午向薄膜力大于环向薄膜力,环向弯矩大于子午向弯矩.分析结果可为双曲线型冷却塔的结构设计提供参考依据.     

大型双曲线冷却塔施工期风筒强度及局部稳定验算

依据相关设计规范,对冷却塔施工期计算风速的选取进行了分析论证;在此基础上,利用其他学者对早龄期混凝土物理力学性能的研究成果,结合冷却塔风筒的常规施工工艺,对某大型钢筋混凝土冷却塔的风筒在施工期的强度及局部稳定进行了计算,并得出了相应的结果,可为类似工程的设计提供参考.     

双曲线冷却塔风筒几何缺陷分析

由于施工放样原因,双曲线冷却塔风筒发生移位变形,筒壁出现初始几何缺陷,偏差超出规范允许值,造成冷却塔应力状态改变.利用冷却塔专用计算软件对冷却塔结构进行静力计算,根据计算的内力对强度进行验算,分析初始几何缺陷对冷却塔应力状态的影响,评价冷却塔结构安全性及是否需要进行加固处理,并对冷却塔后期维护提出建议.