曹妃甸煤堆防风网架气弹模型风洞试验

目前复杂网架结构风荷载通常采用刚性模型风洞试验确定,但由于忽略了结构与流体之间的耦合效应,其结果与实际结构存在偏差。气弹模型则可真实反映结构在自然边界层中的响应,但由于网架结构非常复杂,需要适当简化相似准则和选择结构主要响应振型进行设计。基于曹妃甸煤堆防风网架结构,设计1颐50气弹模型。通过应变片测试支架根部内力,得到了B类风场不同风速下网架内力风振系数;通过激光位移计测得顺风向位移响应,求得结构顺风向位移风振系数。最后比较分析了两类风振系数,为同类结构气弹模型设计制作和风振系数计算提供参考。     

基于修正的广义风荷载谱的输电塔架风振系数计算方法

本文分析并指出了《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》(DL/T5154-2002)中关于计算输电塔风振系数条文中存在的问题,引进了基于输电塔气弹模型风洞试验数据得到的输电塔顺风向1阶广义风荷载谱模型,并对其进行了地貌和振型修正。详细推导了基于修正的输电塔1阶广义风荷载谱计算其风振系数的方法,采用该方法计算了某大跨越输电塔的风振系数,并且与基于准定常理论采用Daven-port谱和规范方法计算得到的风振系数进行比较,所得结论具有重要的参考价值,可以直接为输电线路工程设计提供借鉴。     

大跨度挑蓬气弹模型风振系数风洞试验

气弹模型试验能够全面考虑结构和气流间相互作用,真实地反映结构在大气边界层中的受力特性和响应形式,是结构风振研究的一种重要手段。探讨适用于复杂外形建筑结构模型设计相似准则,通过一体育场大跨度挑蓬缩尺比1:200气弹模型,在模拟大气边界层风场及场址地形地物的条件下,测量体育场罩棚表面的位移响应,进而得到罩棚结构设计需要的风振系数。     

截球形气膜结构气弹模型风洞试验研究

为了研究截球形气膜结构的风致响应及风振系数，在B类地貌风场中进行了3种典型矢跨比截球形气膜结构的气弹模型风洞试验，考察内压、风速、有无拉索对膜面位移、应变的影响，分析截球形气膜结构的风致振动规律，提出截球形气膜的等效静力分析方法，给出考虑流固耦合效应的响应风振系数。研究表明：结构总位移极值出现在结构顶部及迎风面中心线约1/3矢高处，最大主应变发生在结构侧面中心线位置；结构平均变形呈顶部隆起、迎风面凹陷、侧面向外凸出的形状；风荷载作用下结构内压减小明显；结构顶部的横风向位移响应标准差、竖向位移响应标准差、顺风向位移响应标准差依次减小；无索结构总位移和最大主应力的风振系数均在1.1～1.4之间；施加拉索后，结构的竖向位移基本为0,顺风向位移及横风向位移极值分别减小为无索结构的50%和30%,总位移风振系数为1.6,最大主应力风振系数仍在1.1～1.4之间，拉索的应力风振系数约为1.6。     

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。     

大型冷却塔风振系数取值探讨

为澄清大型冷却塔等效风荷载设计安全问题,对比了系列气弹模型风洞试验、中国水工规范(GB/T 50102—2014)和欧洲规范(VGB-R610e:2010)的风效应关键参数-风振系数取值情况。按照欧洲规范推导了适用于中国风场环境的冷却塔风振系数计算公式,并对不同高度冷却塔风振性能及影响因素进行分析。相比于中国规范采用依赖场地类别的常数项作为风振系数,欧洲规范风振系数则考虑了冷却塔几何尺寸与动力特性、基本风压大小等多种因素的影响;两国规范风振系数取值与风洞试验结果均有一定的偏差。将众多影响因素归结为气动力参数和结构线型参数,对塔筒壳体的风振系数取值进行分析,最终推荐了一种大型冷却塔风振效应计算方法。     

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。     

格构式塔架顺风向风振响应

基于高频底座测力天平风洞试验数据得到了格构式塔架顺风向一阶振型广义荷载均方根系数和广义荷载谱解析模型,并从修正线性振型广义荷载谱的角度推导了一阶振型广义荷载谱修正方法和高阶振型广义荷载谱表达式,进而利用推导得到的广义荷载谱,计算了3种典型格构式塔架气弹模型的顶部加速度均方根响应,通过将计算结果和气动弹性模型风洞试验数据对照,分析了振型修正对风振响应的影响和高阶振型、气动阻尼对风振响应的贡献,并得到了若干结论。     

风速对空冷支架结构体系风振系数影响的试验研究

空气冷凝器支架结构体性质独特,80%的质量集中在支架结构上部,振动表现为前三阶振动耦合,现行GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》关于风荷载的计算对空冷支架体系这种独特的结构形式已不适用。结合某空冷支架结构制作气弹模型,通过风洞试验分析得出:结构的顺风向风振系数β随着风速的增大而减小。为确保此类结构的安全,提出取结构迎风面测点风振系数的平均值1.80进行风荷载计算。     

体育场主看台弧形挑篷气弹模型风洞试验和响应特性

体育场看台挑篷是典型的风敏感结构。气动弹性模型风洞试验是研究其风振响应的有效方法,但由于挑篷结构质量轻、刚度小,气弹模型设计和制作均很困难,所以目前在实际工程抗风研究中很少应用。本文以一实际体育场主看台挑篷为对象,研究了这类轻柔结构的气弹模型的设计和制作方法,并通过风洞试验进一步了解体育场主看台挑篷的风振响应特性,获得了这类结构的风致响应的基本特征。     

Experimental and computational simulation for wind effects on the Zhoushan transmission towers

Long-span transmission tower and conductor line systems become important infrastructures in modern societies. The analysis of wind-induced dynamic responses of transmission towers is an essential task in the design of spatial lattice tower structures. Wind effects on the world's tallest transmission tower are presented in this paper. The tower with a total height of 370 metres, part of the Zhoushan long-span transmission project, enables high voltage conductor lines to span as long as 2750 metres over the typhoon-prone sea strait. A multi-DOF aeroelastic model test with and without conductor lines was carried out to investigate the dynamic performances of Zhoushan tower during typhoon events. Using the response measurement results in the wind tunnel, the inertial force based gust loading factors (GLFs) are applied to represent dynamic wind load effects on the tower for structural design purposes. Time domain computational simulation approach is also employed to predict dynamic responses of the transmission tower and the displacement based gust response factors (GRFs). The fair comparison of GLFs or GRFs are made between the results of the experimental approach and the computational simulation approach, which is an effective alternative way for quickly assessing dynamic wind load effects on high-rise and complex tower structures.     

Hurricane Bonnie wind flow characteristics as determined from WEMITE

The Wind Engineering Mobile Instrumented Tower Experiment (WEMITE) successfully gathered high-resolution wind speed data from within Hurricane Bonnie as it made landfall near Wilmington, North Carolina, on 27 August 1998, at 04:00 UTC. This data is used to inspect the variations in turbulent characteristics of the wind during the passage of the storm. Specifically, turbulence intensities, integral scales, gust factors and power spectral densities are evaluated. Results indicate there is general agreement with the Krayer/Marshall gust factor curve, additional low-frequency energy in the longitudinal power spectral density compared to various model spectra, and a wide variation in integral scales even within the same roughness regime.     

台风“苏力”近地风场脉动特性实测研究

利用设置在福建省霞浦县牙城镇的观测点,成功测得了2013年超强台风“苏力”的近地脉动风场数据,在此基础上对台风的湍流强度、阵风因子、湍流积分尺度和功率谱进行了分析。研究结果表明：湍流强度和阵风因子随平均风速的增大而减小,当平均风速大于10 m/s时,数值趋于稳定;台风风场的横风向、竖直向湍流强度分量显著增强,顺风向、横风向、竖直向湍流强度分量比值达到1∶0.8∶0.55;台风风场的湍流积分尺度离散性较大,与平均风速、湍流强度无明显相关性,实测的台风脉动风功率谱与von Karman谱比较接近。     

输电塔架与输电塔-线耦联体系风振响应风洞试验研究

为研究高压输电塔-线耦联体系与输电塔架的风振动力响应特点,以某典型500kV高压输电线路结构为原型,设计制作了单塔与塔-线体系的完全气弹模型,进行了多个风向角、多级风速下的单塔和塔-线体系在紊流风场中的完全气弹模型风洞试验。试验结果表明:在紊流风场中,输电塔结构的顺风向响应和横风向响应处于同一数量级,塔-线体系与单塔相比,其风致敏感性增强,塔-线模型中输电塔的振动较单塔振动复杂,塔顶位移响应较单塔增加幅度较大,强风时塔-线体系的耦合振动现象较为明显,其振动响应表现出非线性系统特有的动力现象,振动过程中系统自振特性不断变化,风致振动激起了线性系统未有的振动频率。输电塔-线体系的结构设计需合理考虑输电塔与输电线的耦合振动对结构动力特性的影响。     

On the aerodynamic and aeroelastic response of a bridge tower

This work is concerned with the aerodynamic characterization of a cable-stayed bridge tower in free-standing configuration; experimental tests were performed at Politecnico di Milano Wind Tunnel under smooth and turbulent flow conditions. The aerodynamic behavior of the tower was investigated through static and dynamic tests on a 1:30 scale sectional model; the whole structure response has been studied using a 1:100 scale full aeroelastic model in stand-alone configuration. Aim of this paper is to compare wind tunnel test results obtained on the two models for different wind exposures, discussing the problems related to scale effects in scale model testing. Some inconsistencies found during the experimental campaign confirm that scale effects in wind tunnel testing represent a serious issue especially for bluff body structures whose vortex shedding response is strongly affected by Reynolds number.     

紊流风特性参数对矩形结构表面平均风荷载的影响

为了得到风特性参数变化对结构表面风压分布的影响规律,在风洞中采用格栅紊流,分别形成了紊流强度相同但积分尺度不同与积分尺度相同但紊流强度不同的几种局部紊流风场,以此来研究紊流风特性参数对矩形结构表面风压分布规律的影响,并给出了考虑这些影响的修正公式。结果表明:紊流强度增大会使矩形结构表面正压区体型系数增大,负压区体型系数绝对值减小;正压区风压变化规律与结构尺度无关,负压区体型系数除了受来流紊流强度影响外,还存在明显的尺度效应;紊流积分尺度增大会使矩形结构表面体型系数绝对值也增大,但不同区域变化幅度没有规律,很难进行统一修正。     

东南沿海登陆台风近地脉动特性分析

为了解我国东南沿海台风登陆过程近地面风场脉动特性,在浙江东海塘观测塔(120m高)实测了3次强台风（海棠（Haitang 0505）、麦莎（Matsa 0509）和卡努（Khanun 0515））登陆时段距地面不同高度处的脉动风速,分析了其顺风向紊流度和阵风因子。结果表明：近程台风登陆前,10m高度处顺风向紊流度和阵风因子与其他高度处的取值差异明显,而近程台风登陆后与远程台风登陆全过程的不同高度处顺风向紊流度和阵风因子差异较小,紊流度和阵风因子均随高度增加而逐渐减小;在A类场地下,近地面20m高度内顺风向紊流度以及40m高度内顺风向阵风因子的实测结果大于JTG/T D60 01-2004《公路桥梁抗风设计规范》取值,20m高度以上顺风向紊流度以及40m高度以上顺风向阵风因子的实测结果小于该规范取值,紊流度和阵风因子之间存在线性关系。基于概率统计算法的计算结果显示离地面不同高度的顺风向紊流度和阵风因子均服从极值Ⅱ型分布,采用基于概率统计的台风多发区紊流度、阵风因子取值较直接采用统计数据均值用于抗风设计更安全、可靠。     

基于完全气动弹性模型的冷却塔风致响应风洞试验研究

风荷载是冷却塔设计的控制荷载,完全气动弹性模型风洞试验是研究其风致响应的有效途径。基于此,推导了冷却塔完全气动弹性模型相似关系并用有限元分析方法予以验证,据此相似关系设计并制作了某核电站200m高超大型冷却塔的1∶400完全气动弹性模型,并在风洞中模拟的B类风场对其风致响应进行测试,试验前对模型的动力特性进行检验。试验结果表明：完全气动弹性模型能较为精确模拟冷却塔结构的质量、刚度和阻尼相似;迎风面的风致变形较大,而其中又以喉部附近最大;背景响应占总响应的主导地位,动力放大效应不明显;风振系数值随高度的增加而减小,各控制点风振系数均值略小于DL/T 5339-2006《火力发电厂水工设计规范》规定值。