中欧钢结构塔架风荷载作用的对比分析

介绍了中欧规范中钢结构塔架风荷载计算方法的差异,以某钢结构塔架为例,从风振系数、水平力、塔底反力等方面,比较了两种计算方法对钢结构塔架的作用,以供同类工程参考。     

基于小波变换的风荷载作用下格构式塔架损伤识别

风荷载作用下塔架结构将产生复杂的弯扭联合变形,格构式塔架中各杆件的受力变化对整体结构的影响存在较大差异,因而对结构损伤位置动力响应信息的拾取存在较大的影响。以某通讯塔结构为例,以风荷载作为环境激励,通过结构动力响应分析信息,应用小波变换进行结构损伤状态识别,对垂直于外荷载平面上格构式塔架腹杆损伤识别可靠性进行分析。     

考虑脉动风影响的风电塔风致动力响应数值分析与现场监测比较

本文基于"风轮-机舱-塔体"三维仿真模型,进行风电塔在暴风荷载作用下的风致动力响应分析,并基于规范中的风荷载计算方法与动力分析方法对风电塔的应力、位移和内力进行计算分析,同时研究风电塔风轮受不利风向影响时的力学特性变化规律,并对风电塔在常规风荷载作用下的应力和位移进行现场监测比较研究。结果表明,基于规范计算的风电塔的应力、位移及内力要比动力分析的计算值偏小;脉动风时程激励下,风电塔的最大应力值低于结构的最小许用应力值,但结构顶部的水平位移超过结构的位移限值,在风电塔设计中应予以注意。风电塔受不利方向的暴风影响会产生很大的内力,塔底最大剪力和弯矩增大了91%和106%,在风电塔设计过程中应该重点考虑;基于常规风荷载作用下的应力和位移的数值仿真结果与监测结果吻合较好。     

塔架结构的脉动风荷载数值模拟及响应

脉动风荷载数值模拟是进行风荷载响应分析的基础。采用三角级数法对脉动风荷载进行了模拟,并借助有限元分析软件,对风荷载作用下塔架结构的动力时程响应及频谱特征进行了分析。     

锥筒型塔架风振响应分析及风振系数研究

为研究塔架在动态风作用下的风振响应及风振系数,采用谐波叠加法模拟得出脉动风荷载,将风荷载导入有限元软件,进行风电塔架的风振响应分析。通过风电塔架在稳态风荷载和基于GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》计算的静风荷载作用下的静力分析,进一步对比风电塔架在动力风荷载与静力风荷载下的作用效应。结果表明:脉动风荷载对风力发电塔架的影响显著,在塔架设计中应该引起足够重视。在塔架44m以下所求荷载风振系数大于基于规范计算的风振系数,说明规范计算值偏小,应引起重视。     

中空夹层钢管混凝土风力机塔架风振性能研究

传统风力发电机组塔架大多为锥形单管钢薄壁细长结构,此类结构在叶片转动及风荷载作用下易发生大的变形和振动。为克服传统风电塔自身发展的局限性并发挥中空夹层钢管混凝土(CFDST)结构优良的力学性能,基于某锥形钢塔筒,通过承载力等效提出CFDST塔筒结构形式,利用ABAQUS软件建立其风振性能有限元模型,对比了两种塔筒的振动模态。从时域和频域对二者在不同荷载工况下的动力响应特征进行对比分析,并对塔筒与叶片是否共振及瞬态冲击荷载下的振动进行了研究。结果表明:CFDST塔筒在保证原有钢塔筒抗弯承载力和刚度的同时,底部截面尺寸减小了25.6%,且不会与叶轮转动产生的谐波激励发生共振; 阻尼对风机塔筒位移、速度、加速度及应力响应幅值影响显著; 与钢塔筒相比,CFDST塔筒在正常运行荷载工况下峰值位移、加速度幅值和最大等效应力分别降低21.1%、30.2%和41.6%,而在暴风荷载工况下,分别减小14.4%、32.2%和36.3%; 研究成果可为相关塔筒的设计优化提供参考。     

尿素造粒塔在风荷载作用下的结构反应分析

采用有限元软件SAP2000研究尿素造粒塔在风荷载作用下塔底内力变化情况;分析风荷载作用下结构物的变形情况;分析风荷载下结构物的响应情况及不同基本风压下外壁的主应力分布情况。得出下述结论:在风荷载作用下,造粒塔塔底内力、位移以及应力变化都与基本风压成线性关系。     

海上风机的分部与整体结构设计现状

海上风机结构是一个相对复杂的结构系统,其动力响应受到多种环境因素影响,且多种荷载之间的相互作用是一种非线性行为。此外,风力机不同组成部分之间都有其独特特性,结构间的耦合作用决定着风机在非平稳环境力作用下的整体动力反应。分别综述了风机叶片的转动与弹性变形的耦合、塔架与叶片的耦合、塔架的优化设计、基础的模型以及结构随参数变化敏感性分析。最后对未来有待于进一步研究的问题进行介绍。     

某雷达塔架在风荷载作用下的动力时程分析

以武汉市某雷达塔架为例,采用有限元方法对其进行时程风荷载作用下的动力时程分析,得到塔架的时程位移、时程速度和时程加速度响应,并将塔架结构在静力风荷载下的位移响应和最大应力与在脉动风荷载作用下的时程位移峰值和应力峰值作了对比和误差分析,为该类型的结构风振分析提供参考。     

某羊角型输电塔的风振响应分析

本文首先简述了应用线性滤波法中的自回归模型(AR模型)模拟出给定风速功率谱的风速时程序列,并验证其与目标谱的一致性,再通过规范公式推导脉动风载与风速之间的关系,从而得到作用在各节点的脉动风荷载时程样本。本文以某羊角形输电塔为原型进行了模拟计算分析,用有限元分析软件ANSYS建立了有限元模型,并用MATLAB生成塔架迎风面各节点上的风荷载时程信号作为动力输入。利用ANSYS对结构进行了模态分析,结果显示结构的基本模态为平面振动,但是同时具有扭转模态和局部振动模态;对此输电塔结构进行了平均风作用下的静力分析,同时,基于ANSYS时程分析方法计算了结构在一般风荷载作用下的风振响应。结果表明,在考虑一般风荷载作用的情况下,输电塔在顶部出现最大的位移和加速度响应,而在底部出现最大的轴力响应,但由于本文输电塔结构杆件的变截面设计,最大的应力出现在约1/3高处的杆件上。相对于平均风的作用,结构响应在一般风荷载下呈现出明显的动力放大效应。     

受拉螺栓及高耸塔架缆风索预紧力作用机理研究与应用

从受拉螺栓在预紧力和外力作用下的特性分析人手,深入研究了高耸塔架缆风索预紧力的作用机理及其抗风作用,将风索预紧力纳入塔与索整个结构平衡力系中进行结构系统分析,导出了带预紧力缆风索的高耸塔架在风力作用下,索与塔对风荷载的分配模式及进行索塔结构设计计算的方法.并以笔者设计的100m高超大型造船用龙门起重机液力提升架为背景材料加以阐析.所述理论和方法对实际工程设计与施工有明确的指导意义.     

江苏太仓广播电视发射塔的有限元分析

江苏太仓塔工程结构复杂,造型新颖,建成后将成为太仓市的标志性建筑。在结构分析中,太仓塔工程存在一定的技术难点,主要表现在风荷载的计算、外塔架与内部井道的协同工作以及塔体结构的优化设计等方面。本文利用SAP2000有限元分析软件,建立整体空间有限元分析模型,对荷载作用下的结构反应进行内力分析。其中,风荷载采用《钢塔桅结构设计规范》建议的方法,考虑了脉动风对结构高阶振型的影响作用。通过对计算结果分析可以看出:外塔架与内部井道结构沿水平面呈大致相同的水平位移分布形式,说明井道与外塔架之间的连杆连接,能够保证二者的变形协调和共同工作。本文还在保证结构安全储备的前提下,对塔体结构进行了优化设计,确定了合理的杆件截面。     

锥筒形风机塔架的风致响应分析

用有限元软件Abaqus对近海2.5MW的锥筒形风机塔架结构进行模态分析。通过质量-弹簧-阻尼单元模拟风机塔架的基础,提取它的前八阶模态进行分析。比较塔架固有频率和叶片的旋转频率,发现二者不会发生共振。在模态分析的基础上对风机结构整体进行风致响应分析,验证结构体系的安全性。通过对风机塔架进行风致动力响应分析,为结构的振动特性诊断和预报以及结构动力特性的优化设计提供依据。     

考虑流固耦合效应的海上单桩式风电塔动力响应研究

风荷载与波浪荷载是海上风电塔承受的主要荷载,对风电塔结构设计起着决定性作用,其动力响应极为复杂。以南通沿海3.0 MW风电机为研究对象,利用数值模拟和现场实测手段,考虑流固耦合效应,建立"基础-塔筒-机舱-风轮"整机模型、风荷载模型、波浪荷载模型,研究海上风电塔在风-波浪联合作用下的结构动力响应以及不同水深对风电机系统振动频率的影响。计算结果表明:采用考虑流固耦合效应与风电塔整机模型分析得到的计算结果与实测结果较一致,可为海上风电塔结构在风-波浪联合作用下的振动分析和结构设计等提供分析方法;波浪荷载对海上风电塔的动力响应存在一定的影响,以风荷载作为主要荷载计算的结果不甚合理;水深对结构低阶振动频率影响不大,但水深对风电塔系统高阶振动频率影响较大,水深越大,高阶振动频率降幅越大。     

风荷载作用下某钢管火炬塔架的有限元分析

对一个高168.3m的火炬塔架进行了设计计算分析.该火炬塔架采用横截面为正三角形的钢管结构方案,构件连接考虑为刚接.建立了该钢管火炬塔架的三维有限元模型,采用通用结构分析程序SAP84对结构的自振特性进行分析,并计算了塔架在台风荷载作用下和地震荷载作用下的结构变形和构件内力.计算结果表明,塔架及排气筒不会出现涡激共振;结构设计中水平顺风向风荷载起主要的控制作用;该火炬塔架的变形、构件内力及稳定性均满足规范要求.     

土岩组合地基上风机基础沉降规律数值模拟

岩溶山区风机基础工程的建设面临着土岩组合不均匀地基的问题,而且作用在风机上的风荷载随机性较大,风机地基基础设计难度较大,文中采用ABAQUS有限元软件对土岩组合地基上风机圆形扩展基础沉降规律进行了数值模拟,得到了土岩组合地基上风机基础在不同荷载作用方向下的沉降规律,模拟结果可以为风机基础土岩组合地基设计计算提供一定参考。     

应用固定质量阻尼器的风机塔架风致振动控制研究

设置振动控制装置对风电机组塔架进行振动控制,能有效降低风塔的动力响应。目前在风电机组塔架中应用最为广泛的调谐质量阻尼器(TMD,tuned mass damper)存在着质量单元安装空间受到限制,且会增加塔体负担等问题。本文提出了用于塔架减振的固定质量阻尼器(FMD,fixed mass damper),它通过改变塔架与上部结构的连接方式,在机舱与塔架中间设置弹簧和阻尼单元,利用机舱、叶片等上部结构作为质量单元去减小塔架的振动。本文以某2MW风力发电机组塔架为例,建立FMD-塔架结构模型,并对其进行风载流固耦合动力响应分析。结果表明,塔架装设FMD耗能减振装置后,额定风况下塔架位移减小32%,同时加速度减小26.6%。由分析可知FMD-塔架结构较无控风机结构风载下动力响应减小明显且避免了传统TMD耗能减振装置安装不易、附加质量负担等问题,故FMD耗能减振装置可在风电机组中得到有效应用。     

循环荷载下海洋风机单桩基础简化分析模型

海洋风机单桩基础的控制荷载主要为风载荷、波浪载荷、地震载荷等水平循环荷载。而我国相关规范中对水平循环荷载作用下单桩分析模型与计算方法却论述较少。从3个方面深入分析了影响桩土相互作用的基本因素:土体非线性、土体极限抗力退化以及桩土脱开效应。考虑以上3点并用弹簧和阻尼串联来模拟桩周土体,提出了循环荷载作用下海洋风机单桩基础简化分析模型并编制了计算程序。通过与相关文献的试验数据比较,表明本文模型能较好地模拟循环荷载作用下水平受荷桩的性状。     

某车载式可升降微波塔的抗风分析

本文以某车载式可升降微波塔架为工程背景,分别运用拟静力法和计算流体动力学方法(CFD)计算该微波塔架的风荷载,利用SAP2000工程软件建立了该微波塔架的三维空间有限元模型,分析了静力风荷载作用下结构的位移响应和部分构件的内力响应,并对该种车载式结构提出了合理的改进意见。     

高耸电视塔脉动风荷载仿真及结构风振响应分析

对合肥电视塔脉动风荷载的仿真及其结构风振响应进行了分析。首先建立了脉动风荷载的功率谱密度函数矩阵。采用频谱表示法 ,仿真得到了作用在合肥电视塔上的与塔高竖向相关的 19条脉动风荷载时程样本。在此基础上 ,采用时程分析方法计算了合肥电视塔的风振动力响应