角钢输电铁塔横担角度风荷载系数取值研究

完成了10 m/s、15 m/s和20 m/s来流风速下的2个角钢输电铁塔横担模型风洞试验,得到了19个风向角下横担的风轴阻力系数,分析了横担角度风系数、横线向和顺线向风荷载分配系数,构造了角度风系数函数并通过非线性拟合分析确定了拟合参数。在假定阻力系数相同的前提下,分别计算了由风洞试验和规范确定的横担有效投影面积。将试验确定的横担角度风荷载计算参数与国内外规范值进行了对比分析,提出了横担阻力系数、角度风系数和荷载分配系数的取值建议。中国规范计算横担阻力系数时,其计算式中的角钢构件阻力系数（1.3）建议由单片桁架阻力系数代替;风向角为0°时的横线向风荷载和风向角为30°时的顺线向风荷载取值偏于保守。     

高压输电铁塔塔身背风面风荷载遮挡效应研究

对比分析了现行国内外关于输电铁塔背风面风荷载降低系数η取值规定的规范,考虑挡风系数、宽高比等参数影响,分别设计了角钢、钢管、钢管与角钢组合输电铁塔塔身模型并进行风洞试验,获得了不同模型迎风面、背风面的体型系数和背风面风荷载降低系数η,分析了背风面风荷载降低系数随挡风系数和高宽比的变化规律。结合CFD分析和风洞试验结果,确定了钢管断面结构和角钢断面结构背风面遮挡效应的差异,挡风系数和宽高比相近时,角钢塔身与钢管塔身η值最大相差29.1%。对于角钢塔身和钢管与角钢组合塔身,背风面风荷载降低系数η试验值分别比中国规范计算值低23.3%~34.2%和6.9%~10.9%;钢管塔身试验值与中国规范计算值较为接近。     

条形封闭网架煤棚风荷载分布规律试验研究

大跨度煤棚结构作为风敏感结构,在工程设计中应充分考虑风荷载的影响。该文以煤棚结构为研究对象,对其刚性模型进行风洞试验研究。考虑分别在0°、90°、180°和270°风向角下,煤棚两端弧面及天窗位置处风压分布情况,进一步分析煤棚表面特殊形状位置处体型系数随风向角的变化规律。研究表明:观察0°、90°、180°和270°风向角下各个测点的体型系数,发现风向角为90°时,弧面底部位置处,测点A1(B1)体型系数较大,在煤棚设计与施工中应针对该测点附近区域进行加固。对比分析各风向角下,天窗位置测点的体型系数,90°风向角下体型系数绝对值较大,认为此时风压较大,应适当对其加固。     

基于偏心风荷载分布模型的柔性支撑索分配系数研究

为获得柔性太阳能光伏支架支撑索风荷载分配系数,通过刚性模型测压风洞试验获取光伏组件表面体型系数分布规律,基于偏心风荷载分布模型计算分配到支撑索的力。结果表明:小倾角光伏组件极值风荷载发生在0°、30°、150°或180°风向角,单排中间区域光伏组件风荷载较大;组件表面风荷载分布规律沿风向表现明显的梯度,且迎风端所受风荷载大于背风端;板长方向偏心距大于宽度方向,基于风荷载不均匀分布特性提出柔性支撑光伏组件偏心距风荷载分布模型,给出偏心距风荷载分布模型体型系数和偏心距取值建议,并提出了柔性光伏支架上、下支撑索风荷载分配系数取值建议,为柔性太阳能光伏支架抗风设计提供依据。     

圆管输电塔风荷载多天平同步测力风洞试验研究

水平风作用下输电塔风荷载的研究已经取得一定成果,但有竖向风联合作用下的输电塔风荷载的研究甚少。采用多天平同步测力风洞试验方法,获得了水平风和竖向风联合作用下的输电塔塔身节段的气动力系数。试验研究表明:多天平同步测力方法可以直接且准确地测量输电塔构件的风荷载;与常规试验相比,多天平同步测力方法可以用于同时具有攻角和偏角的风作用下输电塔风荷载的测量,且能准确地模拟输电塔的气流扰流,减少或避免风洞地面或分离平台引起的边界层效应;来流风攻角在±5°范围内时,竖向风对阻力系数的影响较小,可以忽略;来流风攻角较大时,竖向风对输电塔塔身气动力系数的影响较大,不可忽略。     

不同风向角下线形布置双方柱脉动气动力特性研究

为了给实际工程中线形布置双方形截面结构的脉动风荷载提供参考,通过刚性模型风洞试验测试了不同风向角下线形布置双方柱在不同间距时的脉动气动力系数,并与单方柱的结果进行了对比分析。结果表明:线形布置双方柱的脉动气动力特性按风向角可分为小风向角(0°≤α≤10°)、中等风向角(10°α80°)和大风向角(80°≤α≤90°)三类。在小风向角和大风向角下,脉动气动力系数分别在3.0L/D4.0和2.0L/D3.0时发生突升,需引起设计的高度重视。在中等风向角下,脉动气动力系数随间距的变化没有发生突变,按风向角又可细分为10°α≤30°和30°α80°两类。     

超高层建筑表面风压及行人风环境研究

城市风环境研究中,高层建筑对气流改变和风环境变化前人研究较多,而与高层建筑的附属结构之间相互影响也不容忽视。该文通过风洞试验对群体建筑表面风荷载进行测验,研究副塔和裙房表面风荷载的变化规律。结果表明:副塔在靠近主塔一侧,测点体型系数分布分散,且体型系数值随高度增大而减小;有干扰建筑物时地面粗糙度对副塔上测点体型系数影响可以忽略,观察工况1、工况3测点C1体型系数对有无干扰建筑较为敏感,有干扰建筑物时体型系数削弱了26%;90°风向角下,来流风经过副塔顶部及周围向后流动,部分气流产生的下冲风会减轻主塔裙房受到的风吸力。     

500kV 单回路输电塔塔头风荷载计算模型研究

根据高频底座天平测力风洞试验,得到典型500kV 单回路输电塔塔头结构风力系数的平均值和根方差值,给出了极值风力下塔头结构顺风向、横风向基底剪力和基底扭矩的功率谱。在此基础上,采用最小二乘法拟合,建立了输电塔塔头结构风荷载的计算模型,其结果不仅可以用于格构式输电塔频域计算,还可以为相关规范的修订提供参考。     

特高压双柱悬索拉线塔塔线体系风洞试验研究

针对双柱悬索拉线塔线体系与自立式特高压输电塔线体系风振特性显著不同,为研究双柱悬索拉线塔塔线体系风振响应随风向角及风速变化,进行单塔、塔线体系气弹性模型风洞试验。结果表明,塔线体系风振响应随风向角变化规律基本与单塔试验相同,但变化幅度明显高于单塔。0°、45°、60°风向角为工程设计不利工况。     

野营折叠网壳结构表面定常风场的数值模拟研究

基于流体动力学基本原理和大气边界层基本理论,运用计算流体动力学软件Fluent6.3对野营折叠网壳结构表面风压分布进行数值模拟技术的基础性研究,对比与风洞试验数据,确定复杂体型结构数值模拟时的计算域尺寸、网格划分方式、网格数量、湍流模型等基本参数设定,得到野营折叠网壳在不同风向角下的表面风压分布及其结构体形系数,同风洞试验结果对比,吻和较好。分析表明风速对结构风荷载体形系数影响较小,而风向角对风荷载体形系数的影响较大;所得结构的体形系数,为类似体型结构的抗风设计提供依据。     

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。     

良态风场与台风风场下输电塔线体系气弹模型风洞试验

基于文献资料确定了工程所在地区的良态风场和台风风场参数。采用离散刚度法制作了五塔四线输电塔线体系气弹模型,开展了紊流场中多种风速、多个风向角下单塔及塔线体系气弹模型风洞试验。比较了良态风场和台风风场下单塔及塔线体系的风振响应和风振系数。研究结果表明:台风风场下单塔及塔线体系的位移均值和加速度根方差均大于良态风场,试验风速为7 m/s时位移差值分别为20%(单塔)和30%(塔线体系)左右,加速度根方差的差值分别为50%(单塔)和100%(塔线体系)左右;台风风场下输电塔的风振系数比良态风场下大7%以上。因此台风区输电线路设计要注意台风风场的高湍流特性对风振响应和风荷载的放大作用。     

输电铁塔在冰风耦合作用下失效概率分析

覆冰灾害严重威胁输电线路的安全运行。在冰灾过程中,往往伴随着风荷载的作用,为提高输电塔抵御覆冰灾害的能力,提出了一种基于Jones覆冰模型的输电铁塔失效概率评估框架。首先以湖南郴州、永州、邵阳3市气象站数据为基础建立了超级站,在此基础上利用Copula函数建立了考虑冰厚-风速、风速-风向相关性的联合概率分布,最后以一条实际输电线路为算例,计算了该线路铁塔在冰风荷载耦合作用下倒塌状态的失效概率。结果表明,提出的方法可以有效地评估输电塔在冰风耦合作用下的失效概率,考虑冰厚-风速、风向-风速相关性后,输电塔失效概率的计算更加科学合理。受风向概率的影响,输电塔失效概率的最大值出现的角度并不固定,该文章可为输电线路抗冰灾设计提供参考。     

180m高三管集束式钢烟囱风荷载特性风洞试验研究

为系统研究180 m三管集束式钢烟囱风荷载分布模式和时变特性,以国内某在建180 m高三管集束式钢烟囱为研究对象,通过同步刚体测压风洞试验,得到了不同风向角下三管集束式钢烟囱各排烟筒表面平均与脉动风荷载。在此基础上,对比分析了典型风向角下三个排烟筒表面平均风压、脉动风压、升/阻力系数和整体平均体型系数的分布规律,并探讨了风压信号的高斯和非高斯分布及时变特性,归纳了信号在时间和空间上的相关性,总结了风向角和干扰效应对三管集束式烟囱体系气动力分布的影响规律。研究发现:三管集束式烟囱体系风荷载干扰效应主要表现为遮挡效应,整体体型系数最大值为0.71。在0°、90°和180°风向角下,风压信号分别有59.9%、53.4%和56.9%表现出大偏斜和高峰态分布特征。主要研究结论可为多管集束式钢烟囱的风荷载取值提供科学依据。     

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。     

大跨越输电塔-线体系风振控制研究

大跨越输电塔是一种高耸柔性结构,对动荷载,尤其是风荷载比较敏感,易产生较大的动力响应。对大跨越输电塔进行振动控制研究已成为电力工程与土木工程界的一个重要研究课题,既有其重要的理论意义,又有其重要的经济价值。该文以我国"十一五"期间的重大工程之一,特高压项目晋东南-南阳-荆门1000kV汉江大跨越输电线路工程为研究背景。介绍了橡胶铅芯阻尼器在输电塔-线体系风振控制中的应用;风速场的数值模拟;不同风向角动风作用下的风振控制效果研究。并通过对钢管的轴向变形、纯刚度的影响、静风荷载的响应和输电塔可靠度的研究,验证了阻尼器的控制效果。通过对五种风向角动风作用下塔身位移、主材内力的分析计算表明:所设计的控制方案在不同风向角作用下都能达到很好的减振效果,为将来类似的工程应用提供了参考。     

两种类型干煤棚的表面风压与整体风荷载对比EI北大核心CSCD

通过测压风洞试验对比三心圆型和子弹头型干煤棚的风压分布和整体风荷载,分析两类干煤棚体型系数随风向角的分布,将干煤棚的体型系数与规范值进行对比,比较两类干煤棚随风向角的整体风荷载,给出子弹头型干煤棚中间与两侧的整体力系数。研究表明:三心圆型干煤棚在墙面正迎风情况下屋面迎风侧负压较大,中间及背风侧负压较小;两类干煤棚的极值负压均出现在斜风向的顶部附近;侧面正迎风情况下GB规范的正压小于试验值,AIJ规范和EN规范的负压大于试验值,体型系数随角度变化剧烈,规范中分段体型系数表达并不合理,提出基于三角函数的体型系数拟合公式;三心圆型干煤棚升力系数小于同样矢跨比的子弹头型;从设计控制角度三心圆型干煤棚的整体平均风荷载小于子弹头型。     

表面风压分布对冷却塔风致响应和局部稳定性的影响

针对规范和风洞试验作用下冷却塔的风荷载和风致响应差异进行研究,对比中、英、德三国规范给出的冷却塔平均风压分布系数,以某冷却塔为例比较试验和规范的风荷载差异,建立"塔筒-支柱-环基-桩"的冷却塔一体化有限元模型,进行不同的表面风压分布对冷却塔风致响应和局部稳定性的影响研究。研究表明:风洞试验得到的平均风压分布系数在顶部和底部存在三维流分布;规范和试验风荷载作用下冷却塔各响应的最值情况各有差异,其中对于人字柱和桩基轴力风洞试验的计算结果最大;中、英、德规范计算的局部稳定性系数非常接近,风洞试验结果总体上大于规范结果,其最小值比规范结果大37.8%。     

大跨越钢管混凝土输电塔顺风向分区风荷载谱识别方法

为了从风洞试验测量的位移响应中较好地识别出钢管混凝土输电塔的风荷载,本文对荷载识别过程进行了模拟。首先选择了3种类型的风荷载谱并将它们分区施加于输电塔的多质点模型上,利用随机振动理论计算出结构的位移功率谱;然后,推导出了从几个测点的位移功率谱识别分区风荷载谱的方法,并定义了评价识别效果的误差指标;最后,分析了测量精度、测点数量及位置、模态数及风荷载系数等对荷载识别精度的影响,得到一些对实际风洞试验具有重要指导价值的结论。     

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。