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。     

多跨格构式构架气弹模型设计与风洞试验

为了研究复杂多跨格构式构架风致响应特性,通过对比主要气弹模型制作方法的优缺点,以某典型1 000 kV两跨变电构架为背景,采用刚性节段加V型弹簧片的方法设计制作了满足前4阶频率相似比的气弹模型。在此基础上,通过气弹模型风洞试验测试得到了不同风速和不同风向角工况下,结构典型部位的位移和加速度时程,并研究了多跨格构式构架的风振响应特性,最后采用惯性风荷载方法和阵风荷载因子法评估了典型节段的风振系数。结果表明:采用刚性节段加V型弹簧片的方法设计制作的气弹模型能较好满足外形、质量、频率、阻尼比等重要参数的相似关系;风向角对位移均值的影响十分显著,其最不利风向角与相应主轴成15°夹角;顺风向与横风向的加速度响应均方根处于同一数量级,横风向风致振动效应较为明显;该结构垂直于跨向中塔的风振响应以第一阶模态的共振分量为主,边塔基阶模态与高阶模态的共振分量均较大,高阶模态的贡献不可忽略;同一节段的位移风振系数值略大于惯性力风振系数值。该试验结果对多跨格构式构架的抗风设计具有一定的参考意义。     

基于扭转强迫振动风洞试验的矩形截面高层建筑三维风荷载研究

为了研究扭转振动对高层建筑三维气动力的影响,利用扭转强迫振动装置,通过多点测压风洞试验测试了三个矩形截面高层建筑模型在不同试验风速和不同扭转振幅情况的表面风压时程。进而讨论了结构顺风向、横风向和扭转向均方根风力系数及功率谱的变化规律,研究结果表明：结构顺风向、横风向和扭转向均方根风力系数均随着试验风速和扭转振幅的变化而变化;结构顺风向阻力系数随着扭转振动振幅的变化主要是由于结构顺风向气动力的变化引起,而其横风向和扭转向风力系数随着扭转振动的变化包含了气动力变化与结构气动弹性效应两部分。对于高层建筑来说,应考虑扭转振动引起的结构三维气动力的变化以及结构横风向和扭转向气弹效应。     

典型输电塔气弹模型设计及动力特性研究

输电塔结构受到风荷载激励,极易引起其气动弹性失稳,造成大幅振动,严重威胁着输电线路安全稳定运行。为研究高压输电塔结构风振动力特性,以某典型输电塔为原型,按照结构动力学相似准则,采用一种新型设计方法制作输电塔气弹模型,并利用有限元分析软件以及相关测试系统对其进行动力学分析,验证气弹模型的准确性。最后,进行不同风速和风向角下的气弹模型风洞试验。试验结果表明:输电塔模型的响应随风速增大而增大;输电塔横风向响应显著;通过对试验结果的对比分析,揭示了典型输电塔结构动力特性和风振响应特点,为高压输电线路抗风设计及改造提供依据。     

某菱形截面纪念碑风致气弹响应风洞试验研究

对某高100米的菱形截面纪念碑进行刚性模型多点同步扫描测压与摆式气弹模型测振风洞试验,进而在测压数据基础上建立频域风荷载模型并采用随机振动分析方法计算结构风振响应,同时应用随机减量技术（RDT）识别了该气弹模型风致振动时的气动阻尼比。当在频响函数中考虑气动阻尼比后的风振响应计算结果和气弹模型试验值具有很好的一致性。由于实际结构振型与摆式模型线性振型存在差异,用振型修正系数修正气弹模型试验结果可得到实际结构风振响应。分析结果表明,刚性模型测压建立荷载模型,结合气弹模型测振识别气动阻尼,代入实际结构频域响应计算方法能够较精确地评估强风作用下低频小阻尼高耸结构的风致气弹响应。     

超高层建筑多自由度气弹模型的优势及制作方法

首先简要对比了测力天平、刚性模型测压、强迫振动、气动弹性模型等四种试验手段的特点,然后着重分析了底部弹性支撑的摆式气弹模型和多自由度气弹模型试验结果的差异,分析发现,对超高超柔的方截面建筑而言,摆式模型所得的横风向风致响应在小风速下比多自由度模型略大,而在包含横风向共振风速在内的大风速下则明显大于多自由度模型,其气动阻尼特性、气动刚度特性和表面风压相干性等倾向于使摆式模型出现相对较大的风致响应。究其原因,是因为只模拟一阶模态的摆式模型在反映流固互制气弹效应方面不够真实且不及多自由度模型精细,即参振模态的不同(包括参振模态数量、高阶与低阶平动频率比、扭转与平动频率比)会使振动形式发生改变,进而影响振动时的气弹效应并改变振动位移。在此结论的基础上,提出了多自由度气弹模型改进设计方法,该方法考虑了低阶与高阶频率比、平动与扭转频率比的可调性,同时解决了模型弯剪振型成分的可控制性和阻尼调节等问题,以期为实际项目的多自由度模型制作和相关研究提供便利和参考。     

大型户外独立柱广告牌风致响应及风振系数分析

基于刚性模型测压风洞试验数据,分析了双面式及三面式独立柱广告牌的风荷载特性,并采用时程分析法对其风振特性进行了研究。结果显示:双面式广告牌的合风力系数平均值和脉动值在0°~15°风向角下分别达到最大值1.46和0.17,而三面式广告牌则在0°风向角下达到最大值1.45和0.16;两者的扭矩系数平均值分别在52.5°、30°风向角达到最大值;双面式广告牌的节点位移响应共振能量由垂直于面板方向的弯曲振型提供,而三面式广告牌的节点位移响应共振能量由平行于面板组成三角形的中线和垂直于中线的弯曲振型提供;两者的钢管梁扭转角响应的共振能量都由扭转振型提供;双面式、三面式广告牌弯曲振动最不利工况为0°风向角,风振系数分别为1.51、1.59;扭转振动最不利工况分别为52.5°风向角、30°风向角,风振系数分别为1.63、2.65。     

大跨度箱形钢拱肋气弹模型涡振试验研究

通过风洞试验研究了大跨度矩形钢拱肋气弹模型在均匀流场和紊流场中3种攻角(-3°、0°、+3°)、多种偏角(0°～90°)条件下的涡振响应.研究结果表明:均匀流场中,发现了稳定的一阶反对称竖弯和对称竖弯涡振,紊流场中未发现明显稳定的涡振;均匀流场中,一阶反对称竖弯涡振振幅很小,风速较低,锁定区也很窄;一阶对称竖弯涡振振幅很大,风速较高,锁定区也很宽;1/4断面涡振振幅大于拱顶断面涡振振幅;可以认为当偏角大于10°时,矩形拱肋不会出现涡振.     

基于刚性模型与气弹模型风洞试验对比的塔式定日镜风振响应研究

塔式定日镜是塔式太阳能光热发电站中重要的聚光设备,设计时控制荷载为风荷载。通过ANSYS有限元软件建立塔式定日镜结构的有限元模型,经过模态分析可知结构频率分布比较密集,风攻角的改变对定日镜结构的低阶模态影响不大。基于刚性模型测压风洞试验,对塔式定日镜进行风振响应有限元分析,并进行气弹模型测振试验,两者的误差在10%以内。根据有限元分析和气弹模型测振试验的结果可知,影响结构风振的模态主要是前3阶,主檩条端部位置的位移响应最大。结构设计时风振系数建议取为1.57。     

圆形线状结构风致响应的分析方法

获得不同风向、风速下结构的风致响应是进行风致疲劳寿命可靠性分析的基础。考虑顺风向脉动力、横风向脉动力以及由结构振动引起的自激力,对不同风向角不同风速下圆形线状结构风振响应进行估算。根据ESDU(En-gineering Sciences Data Unit)工程科学数据库的资料,在对结构进行风振响应估算的过程中,一定程度上记入雷诺数效应、结构表面粗糙度等重要因素对结构风力及风致振动响应的影响。最后,计算了一实际钢质圆形截面天线的风振响应,并与该天线的气动弹性模型风洞试验结果进行了比较。结果表明计算得到的结果与气动弹性模型试验结果吻合较好。     

基于高频天平测力试验的500kV单回路输电塔风致响应研究

基于高频测力天平风洞试验的结果,采用平稳激励下随机振动的模态叠加法,计算了典型500kV单回路酒杯型输电塔的风致响应。结果表明：输电塔结构顺风向和横风向脉动位移响应、加速度和基底弯矩值都较大,横风向响应值甚至大于顺风向。各个方向一阶振型在响应中起主导作用。位移阵风响应因子和基底弯矩响应因子随风向变化趋势相近,顺风向关键节点位移响应因子最大值不超过1.8,弯矩响应因子约为1.5。     

斜风作用下大跨度斜拉桥双悬臂状态抖振性能

通过气弹模型风洞试验对斜风作用下湛江海湾大桥施工阶段最长双悬臂状态的抖振性能进行了研究,结果显示:对于大跨度斜拉桥梁抖振响应法向风不一定是最不利的情况;抖振响应随风偏角呈非单调变化,最大值可能在0°~15°风偏角范围内发生;抖振响应随风速的增加近似地按两次曲线增加,并且基本固有模态对抖振响应的贡献占到了主要成份;最长双悬臂状态塔顶纵向抖振响应显著地大于裸塔塔顶纵向抖振响应,而两者随风偏角的变化形态也互不相同.试验和分析结果的比较表明,只要解决好诸如气动导纳等气动参数的取值问题,可以对大跨度桥梁抖振响应作出合理的理论预测.     

输电塔塔线体系风振响应分析

基于风洞试验得到的输电塔线性一阶广义荷载谱,推导了一般性的输电塔顺风向、横风向脉动风荷载功率谱公式。利用此功率谱,模拟了塔线体系顺风向、横风向脉动风荷载。对输电塔线体系及单塔的动力特性进行了分析,分析表明,在远低于单塔同阶振型的自振频率时,塔线体系中的输电塔平面外振型就会与导地线振动耦合。对单塔及输电塔-线体系进行非线性动力时程分析,得到了位移、加速度和内力等响应的时程,对比了有、无横风向脉动风荷载的风振响应,并分析了风振响应的功率谱。     

广州西塔气动荷载特性及风致响应研究

摘 要：以432米高的广州西塔的刚性模型多点同步测压风洞试验为背景,研究该超高层建筑结构气动荷载的竖向相干特性,采用相干函数方法(CFM)计算并替代气动力谱矩阵的互谱密度进行风致响应计算。结果显示,当经验指数式相干函数的指数衰减因子取6~8时,顺风向响应与精确结果较吻合,但在横风向上差别则比较明显。文中进一步计算了结构参振模态数目对西塔风振响应计算结果的影响,结果表明：忽略高阶模态对结构顺风向的层间位移角响应的影响较大、最大可产生9%的误差,但对结构横风向响应影响则很小,这意味着西塔风振响应仍由基阶模态控制。文中针对超高层建筑横风向响应估算的可行方法进行了讨论和建议。     

酒杯型输电铁塔曲臂风荷载风洞试验研究

酒杯塔是1 000 k V特高压输电线路工程中的常用塔型,设计时曲臂风荷载计算存在使用模型不统一的问题,而目前还没有针对曲臂风荷载的专门研究。完成了15 m/s和20 m/s来流风速下酒杯型输电铁塔曲臂模型的风洞试验,得到了11种风向角下的风轴和体轴平均阻力系数,获得了曲臂模型迎风面、背风面体型系数和背风面风荷载降低系数η,分析了酒杯型输电铁塔曲臂角度风荷载系数和有效投影面积,将试验确定的曲臂风荷载计算参数与国内外规范值进行了对比分析,提出了酒杯型输电铁塔曲臂角度风荷载的设计建议。按中国规范"塔身"模型计算曲臂风荷载满足安全要求,风向角为90°时曲臂风整体风荷载取值偏于保守;风向角为45°、60°和90°时,按中国规范"横担"模型计算的曲臂风荷载远低于风洞试验值,将低估曲臂风荷载并使结构抗风设计存在安全隐患。     

降阶模型及其在大跨度屋盖结构风振中的应用研究

该文建立了一种适用于气弹系统中非线性结构的降阶模型及系统识别方法,并首次将结构降阶模型应用到大跨度屋盖风振结构模型的建立中。非线性结构采用降阶模型并通过高精度有限元模型的非线性系统识别来建立,该模型在结构的模态坐标中将应变能泛函表示为结构模态振幅的多项式函数,该多项式的系数由高精度有限元模型计算所得的模态和应变能信息确定。该方法对一大跨度屋盖的风振响应做了分析,计算结果与采用高精度模型所得结果和实验结果及用ANSYS计算结果进行了比较,结果符合良好。该文的结构降阶模型对于建立非线性结构模型是准确有效的。     

大跨度桥梁高阶涡振幅值对比风洞试验研究

为研究三维(3D)柔性桥梁及其二维(2D)刚性节段模型的高阶涡振幅值换算系数,采用一3D多点弹性支撑气弹模型开展风洞试验实测高阶涡振响应,并基于该气弹模型的模态参数按照1:1的原则设计制作2D刚性节段模型开展对比风洞试验研究。气弹模型与节段模型之间的几何缩尺比为1,两者具有相同的截面尺寸、等效质量、固有频率以及阻尼比;风洞试验实测到了气弹模型和节段模型对应不同模态阶次的高阶涡振锁定现象。试验结果表明:对于同阶模态,气弹模型和节段模型的起振风速、振动卓越频率以及区间跨度吻合良好,在高阶涡振幅值换算关系上,气弹模型约为节段模型的1.3倍。     

基于气弹模型的串列主缆气动干扰试验研究

通过气弹模型风洞试验,研究了不同间距、风偏角、风攻角及固有频率下,串列主缆间的气动干扰特性.研究发现,上游模型的干扰会导致下游模型发生面外振动为主的尾流驰振,且上游模型会跟随下游模型出现同一模态的小幅振动;随间距减小,尾流驰振临界风速相应降低;在负风偏角及正风攻角下模型更易出现尾流驰振;固有频率变大,总体上可提高尾流驰振临界风速.发生尾流驰振时,有多个模态共同参与振动,且各模态参与程度随风速增加规律性变化.模型运动轨迹为主轴在一、三象限内的椭圆振动,随风速增加主轴方向没有明显改变.最后,通过CFD数值模拟方法对试验结果合理性进行了验证.     

4分裂导线风洞试验中跨度折减法的适用性研究

跨度折减法通过系数γ缩小导线的跨度,在输电塔线系统风洞试验中应用广泛,但其对4分裂导线的适用性尚未澄清.基于4分裂导线气弹模型风洞试验,对比研究了不同跨度折减系数的两模型与正常缩尺模型的气动力和功率谱特性,并进一步探讨了湍流度和风向的影响.结果表明:导线风振响应中含有高阶振型,且气动力的平均值和脉动值随风速的增加均呈现...     

风力机叶片压电抑振效应与能量耗散机制研究

压电智能叶片是随着风力机向大型化发展而被提出的自适应减振概念叶片，本文探索了叶片压电抑振效应和能量耗散机制，提出了适用于变截面三维叶片的等效梁截面气弹模型设计方法，并基于同步测振测力气弹风洞试验对比研究了15 MW风力机叶片压电抑振效应；再基于二次开发的机电耦合叶片动力学模型，分析了机电气弹耦合模态的转速演变规律与能量分布形式，揭示了压电叶片的能量耗散机制。研究表明：提出的气弹风洞试验方法可有效反映压电叶片风振抑制效果；压电材料可缩小风力机叶片的敏感风向角区间，提高大幅锁频振动临界风速，延长气弹失稳的能量积累时间；压电材料导致叶片风振能量在模态空间均分转移，削弱了负阻尼模态的能量集聚，增强了正阻尼模态的能量耗散。