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.     

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.     

变截面高耸结构满足人舒适要求的搞风计算

提出了变截面高耸结构满足人舒适要求的抗风设计计算方法，建立了一般高耸结构顺风向短周期风振加速度最大值的计算公式和圆截面高耸结构横风向共振加速度最大值的计算公式，并根据试验所得感觉舒适度的控制界限，得到了变截面高耸结构满足人舒适要求的二维抗风计算公式。     

变截面高耸结构满足人舒适要求的抗风计算

提出了变截面高耸结构满足人舒适要求的抗风设计计算方法，建立了一般高耸结构顺风向短周期风振加速度最大值和计算公式和圆截面高耸结构横风向共振加速度最大值的计算公式，并根据试验所得感觉舒适度的控制界限，得到了变截面高耸结构满足人舒适的要求的二维抗风计算公式。     

超高层建筑横风向风振局部气动外形优化

为了研究局部气动措施对方截面超高层建筑横风向风振的控制效果,开展大量的多自由度气弹模型风洞实验,测量模型在多种切角率、圆角率、粗糙条及开洞方式下的横风向风致位移响应,对横风向位移进行对比分析.结果表明:当切角率大于5%或圆角率大于15%时,横风向风致位移响应显著降低,位移均方根随折算风速的变化曲线接近直线而不再呈倒"V"字形,说明涡激共振发生的可能性得到了有效抑制;切角率或圆角率越大,横风向位移响应的减小幅度越显著;特定粗糙条的设置可以使涡振响应幅值降低20%以上;通风洞不论是垂直于来流还是平行来流,都会使涡振响应幅值减小,且洞口在中上部时的效果最佳.整体来看,局部气动外形控制措施具有显著的抗风优化效果.     

输电线顺风向动张力作用的理论与试验研究

输电线路是典型的风敏感结构。强风作用下输电线大幅抖振响应在其端部产生的顺风向动张力作用,是支撑线路的杆塔结构承载力设计的控制荷载和关键因素。基于大跨柔性索结构的静力与动力学方程,分别推导了输电线平均风偏的非线性静张力响应,以及脉动风作用下动张力响应的时域理论计算方法;再依据风工程理论,给出了顺风向动张力作用的背景分量和模态共振分量的功率谱及均方根的频域解析解。并以典型四分裂输电线路为工程实例,通过开展标准气弹模型风洞试验测试,对前述理论模型进行了分析和校验。研究表明:平均风偏状态对导线的动力特性和顺风向动张力的影响不可忽略,气动阻尼显著导致背景响应所占比重为主,对于共振分量,一阶面外模态响应贡献较大。该文提出的理论模型可以合理精确地评估输电线强风振动张力荷载效应。     

角对角双子塔的气动特性及其抗风设计

为了给角对角双子塔的抗风设计提供参考,采用同步测压风洞试验方法,从结构风荷载与风振加速度的角度研究了角对角双子塔在不同间距和不同风向角下的气动特性与风振响应特点。研究结果表明：就风致响应而言,角对角双子塔存在两个最不利风向角,分别为斜向45°左右和近串联方向的80°左右;在45°风向角附近,角对角双子塔会出现振幅较大的横风向涡激振动,但受到双塔间的气动干扰作用,相应的横风向涡激振动将小于独塔情况,且双塔间有利的气动干扰作用对上游塔比对下游塔更加明显;在80°风向角附近时下游塔将受到上游塔的尾流影响,有可能出现较大振幅的尾流抖振响应;45°左右风向角产生的横风向涡激振动主要出现在亚临界至临界风速下,风速相对较低;80°左右风向角出现的尾流抖振主要发生在超临界风速下,风速相对较高。考虑到大多数超高层建筑的设计风速都小于或接近涡激临界风速,因此控制45°风向下的横风向涡激振动是抗风设计的关键。在这种情况下,采用较小间距的角对角双子塔对抗风设计有利。     

变截面高耸结构满足人舒适要求的抗风设计

本文提出了变截面高耸结构满足人舒适要求的抗风设计方法,解决了新高耸结构设计规范中已提出但没解决的问题。文中,建立了一般高耸结构顺风向短周期风振加速度最大值的计算公式和园截高耸结构横风向共振加速度最大值的计算公式。并根据试验所得人体感觉舒适度的控制界限,得到了变截面高耸结构满足人舒适要求的二维抗风设计公式。工程实例的计算结果表明,本文方法是简明和实用的。     

矩形截面高层建筑横风向等效静风荷载分析

高层建筑横风向风振响应和等效静风荷载备受风工程和结构工程领域的关注。横风向风荷载产生机理复杂,一般认为主要来源于紊流、尾流及旋涡脱落和气动阻尼。横风向风振主要是旋涡脱落下的涡激振动,各国规范大都规定圆柱体横风向涡激振动是确定性振动,非圆截面要依据风洞试验确定。该文综合众多试验研究,提出了在准定常理论不适用情况下的随机振动分析方法,建立了超高层建筑的横风向等效静风荷载的计算模型。引入横风力谱,考虑气动阻尼,对某矩形截面建筑进行了等效静风荷载分析,并对相关参数进行了分析。分析结果表明,按随机振动理论建立计算模型是可行的,当计算横风向风振响应时,应适当考虑正气动阻尼的影响,使计算结果更具真实性。     

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.     

矩形高层建筑气动基底力矩系数研究

为探讨长宽比和来流湍流特性对矩形高层建筑基底力矩系数的影响,对长宽比为1/9～9的矩形高层建筑在4种风场下进行了同步测压风洞试验。将试验结果与以往文献数据进行了比较,分析了建筑长宽比、湍流强度和湍流积分尺度对顺风向基底力矩系数平均值与标准差、横风向和扭转向基底力矩系数标准差的影响。结果表明：当建筑长宽比不大于3时,顺风向基底力矩系数平均值和标准差随长宽比先增大后减小,当长宽比大于3时,该平均值和标准差基本不随长宽比变化;横风向和扭转向基底力矩系数标准差均随长宽比增大单调增大,但前者的增长速度随长宽比增大逐渐减小,而后者的增长速度随长宽比增大仍逐渐增大;对于顺风向基底力矩系数,增大湍流积分尺度会使平均值和标准差增大,而增大湍流强度会使平均值减小,标准差增大;对于横风向和扭转向基底力矩系数标准差,湍流积分尺度和湍流强度的影响随长宽比的不同而不同。基于分析结果,针对不同风场提出了矩形高层建筑顺风向、横风向和扭转向基底力矩系数的拟合公式,可为结构设计和荷载规范修订提供参考。     

有锥度圆截面高耸结构的横风向响应简化计算

针对目前国外有锥度圆截面高耸结构横风向响应计算的复杂性和国内在此方面研究的不足,根据随机振动理论以及B.J.Vickery提出的横风向力谱,推导了计算有锥度圆截面高耸结构最大横风向响应的简化公式.在应用于工程计算方面,简化方法和基于随机振动理论的标准方法有着很好的一致性,而B.J.Vickery近似方法的预测值偏小.     

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.     

自立式单杆输电塔顺风向风振疲劳分析

为了在频域内方便准确地估算高耸结构的风振疲劳累积损伤，提出了一种改进的等效窄带算法.该改进算法根据高耸结构的风振响应特性，将背景应力和共振应力引起的损伤分开计算，并对背景损伤部分乘以宽带修正系数.用该算法对一个自立式单杆输电塔进行了风振疲劳累积损伤计算，将计算结果和雨流法、等效应力法、等效窄带法和Holmes估算法进行了比较.考虑平均风速和风向的概率分布，根据Miner线性累积损伤理论估算了该输电塔的风振疲劳寿命.计算结果表明，该改进算法具有较好的精度，且该输电塔在设计使用期内的抗疲劳能力是足够的.     

强风环境中下行式移动模架的抗风性能

为明确强风环境中下行式移动模架的抗风安全性,以东南沿海某50 m跨下行式移动模架为研究对象,采用气弹模型风洞试验和数值计算相结合的方式,对其颤振、涡振和抖振性能进行了较系统的研究。结果表明：结构竖向位移和扭转角分别是移动模架合模和开模工况时的控制性因素;合模工况时,移动模架主体结构能够满足8级强风(20.7 m/s)的作业要求,且能够抵抗14级风(46.1 m/s)作用;开模工况时,在措施得当的情况下主体结构能够满足8级强风的作业要求;多模态耦合频域抖振计算法和《公路桥梁抗风设计规范》中的等效静阵风荷载法均可以用于移动模架的抖振响应计算,且具有一定的精度,推荐采用精度较高的多模态耦合频域抖振计算法。     

高层建筑风响应及等效静态风荷载的研究

从悬臂梁振动理论出发,讨论了高层建筑风响应的计算以及在风洞中利用高频天平测量高层建筑风荷载的原理,并进一步分析讨论了沿建筑物高度分布的平均风力、脉动风力、风致振动惯性力以及建筑结构设计所需要的等效静态风荷载的确定问题,指出了所提方法的局限性和应用范围,可为高层建筑结构设计中的风荷载确定提供参考.分析结果表明,求沿高层建筑高度分布的等效静态风荷载的方法适用于顺风向风力,在应用于横风向风力时由于涡脱落力的影响有理论误差.     

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%。     

大型超高层建筑的随机风振响应分析

大型超高层建筑结构具有自由度数庞大、小阻尼及振型密集等特点,针对传统方法在处理大型复杂实际结构受多点随机激励中存在计算效率比较低或精确性不高等不足,提出了基于虚拟激励法的复杂超高耸结构的随机风振响应分析方法.运用虚拟激励法将脉动风荷载作用下的多点激励转化为简谐虚拟激励向量,并根据平稳随机理论推导出相应风振响应的表达式,自动计入了多点风激励的空间相关性和振型间的相关性.以目前在建的深圳第一高楼——深圳金基大厦为算例,分析结果验证了方法的有效性和准确性,可以提高多点随机激励响应的计算效率和精确度,在大型高层实际工程风振响应计算分析中有较强的实用价值.     

烟道、烟囱设计计算方法探讨

本文对现有文献中关于烟道、烟囱计算和参数选择方法进行探讨,提出烟道、烟囱优化设计计算和微机计算方法.