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。     

缆索承重桥并列索尾流致气弹失稳研究

为了研究表面粗糙度和雷诺数对并列索尾流致气弹失稳的影响规律,以圆心间距为4D(D为圆柱直径)的双圆柱为研究对象,通过风洞试验,在风向角α=0°～20°、雷诺数Re=18000～168800,研究下游圆柱发生尾流失稳的起振条件、振动幅度及运动轨迹等振动特性,分析增大阻尼比对尾流失稳的减振效果,探讨了圆柱表面粗糙度和雷诺数对尾流失稳的作用效应。研究表明,下游圆柱在不同的风向角及风速条件下会出现尾流驰振和尾流颤振2种气弹失稳形式;增大阻尼比对尾流驰振有明显的减振效果,但对尾流颤振的影响较小。尾流致气弹失稳有明显的雷诺数效应,随着雷诺数的增大,下游圆柱的振动形式会由尾流驰振转变为尾流颤振。增加上游圆柱表面粗糙度对下游圆柱气弹失稳的影响较小;而增大下游圆柱表面粗糙度,则会明显降低下游圆柱出现尾流失稳的可能性,并会使发散性振动转变为“限幅限速”振动。     

大跨径缆索承重桥梁非线性空气静力稳定理论

汕头海湾二桥模型在风洞试验过程中意外的发生了静风失稳现象.为了彻底探明这一现象,首次提出了非线性空气静力稳定理论.通过运用所编制的程序对这一实例展开深入、全面的力学分析,获得了与试验极为接近的力学行为及临界风速值,并探明了失稳的力学机理,从而初步证明这一理论的适用性及程序的正确性.     

考虑结构极限状态的输电塔-线体系风洞试验研究

为研究输电塔-线体系的耦合效应,探索塔-线体系极限状态的失效模式和破坏机理,以广东省某220 kV输电塔-线体系为研究对象,研制考虑结构极限状态的输电塔气动弹性试验模型,通过风动试验,再现了输电塔-线体系极限风荷载下的倒塌现象,并与有限元法分析结果进行了对比分析。研究表明:1)基于稳定应力等效设计的输电塔极限状态气动弹性模型能够较好地在风洞试验中模拟出结构的破坏情况; 2)强风作用时,塔-线体系的耦合振动使塔-线体系的振动比相同环境中单塔的振动更为复杂,破坏可能与发生强非线性振动、局部响应扩大有关,结构杆件发生失稳破坏; 3)在输电塔结构设计时,应加强塔身中部沿垂直于导线走向方向的稳定承载力,不可忽视横风向风振响应的贡献。     

风场对半湿润山脊土遗址掏蚀量的影响

在青海省半湿润地区,地处高海拔且常年遭受几种主风向作用下的土遗址,风力掏蚀成为其破坏的最重要因素之一。主要根据多年的气候数据及已观测的掏蚀量,并结合室内风洞试验与流体动力学(CFD)中常用的软件Fluent进行模拟分析,主要揭示风力掏蚀病害形成和发展过程中的影响因素,进一步结合工程地质学和力学理论进行分析研究,提出风蚀量与风速、风蚀时间之间的定量关系。为防治和监测此类病害的发生和发展,预报一次风蚀事件的风蚀量,及其对土遗址稳定造成的影响提供有益的参考。     

桥梁箱型吊杆涡振与驰振耦合振动的数值模拟

为研究桥梁箱型吊杆涡振与驰振耦合状态下的风致振动机理,基于某大跨度钢桁架拱桥大长细比箱型吊杆的节段模型风洞试验参数与试验结果,采用计算流体动力学（CFD）软件FLUENT对模型的耦合振动进行了数值模拟,通过FLUENT的后处理功能进一步研究分析了不同振动状态下的气动力和尾流旋涡特征信息。研究结果表明:数值计算得到的风振曲线与试验的实测结果吻合良好,在涡振与驰振的耦合振动过程中,随着振动幅值的不断增大,尾流旋涡脱落由小振幅阶段规则的卡门旋涡形态转化为大振幅阶段的复合模态特征,气动升力也由小振幅阶段的单频特征逐步转化为大振幅阶段的多频特征。     

基于天平测力试验的两种典型大跨越输电塔体型系数研究

选取1 000 k V特高压交流输变电工程线路中大跨越输电塔,通过高频测力天平风洞试验,得到不同风速和风向角下两种典型大跨越输电塔的体型系数,并与相关规范值进行对比。研究结果表明,不同高度的大跨越输电塔体型系数受风速的影响不同;大跨越输电塔的体型系数随风向角的增大呈现先增加后减小的趋势,其最大值发生在15°风向角;大跨越输电塔体型系数实测值比规范值要大,通过高频测力天平风洞试验确定结构的体型系数是更安全的。     

封闭式单向张拉膜结构气弹失稳机理研究

在均匀流场中进行了封闭式单向张拉膜结构气弹模型风洞试验,考察了膜预张力和来流风速对结构振幅、振动模态和总阻尼比的影响,以及膜面位移与膜上方流场的频谱相关性,分析了封闭式膜结构的气弹失稳机理,给出了气弹失稳无量纲临界风速。研究结果表明：低风速下(无量纲风速小于1.2时),流场中的旋涡主频远低于结构基频,结构以受迫振动为主;随着风速增大,流场中出现与结构2阶反对称模态频率接近的旋涡,导致结构发生以2阶模态大幅振动为特征的涡激共振,且在无量纲风速不小于1.2 的风速范围内出现振动锁定现象,结构总阻尼比迅速衰减接近0。由此可认为,封闭式膜结构的气弹失稳由涡激共振引起,结构振幅的突然增大、主导振动模态的突然改变以及总阻尼比的突然减小为其主要特征;气弹失稳无量纲临界风速约为1.2。     

灾害性荷载作用下桥梁结构安全性能研究

为探究桥梁在灾害性荷载作用下产生的安全风险,通过建立结构有限元分析模型,研究桥梁在灾害性荷载作用下的结构行为变化,桥梁的抗风稳定性评估通过验算主梁断面的颤振临界风速来完成。根据提供的主梁、主塔断面形式,验算荷载作用下桥梁的动力稳定性,避免结构在灾害性荷载作用下产生发散性振动而破坏。三维模型仿真结果均满足相应规范的位移控制要求,整体风险可控。     

一维钝体竖向涡激振动拍振响应及涡激力识别

涡激振动是在低风速下很容易出现的一种风致振动现象,一维钝体涡激振动具有自激、自限特性。拍振则是涡激振动一种典型形式,为钝体固有频率和涡脱频率共同作用结果。拍振理论研究目前为止仍未有满意结果;主要通过数值计算方法和风洞试验进行研究,数值计算难度很大难以实现;风洞试验研究较直观,但不能解释其作用机制。基于Scanlan非线性模型,采用KBM法(渐近法)推导一维钝体竖向涡激振动拍振响应一次近似解,探讨通过拍振时程响应曲线识别气动参数、涡激力方法。最后,以一大跨度桥梁主梁节段模型风洞试验为例,识别气动参数及其非线性涡激力。     

复杂异形桥梁风荷载参数数值风洞模拟

针对复杂异形桥梁结构风荷载参数的不确定性问题,采用计算流体动力学方法,对主梁和桥塔的风荷载参数进行数值风洞模拟。研究了不同气流攻角对主梁结构风荷载的影响及不同气流风偏角对桥塔风荷载的影响。通过数值计算,为相似复杂异形桥梁风荷载参数取值提供了参考。     

大跨度中承式拱桥节段模型风洞试验

风致振动是大跨度中承式拱桥设计的主要控制因素之一,本文介绍了重庆菜园坝长江大桥风洞主桥节段模型静力三分力试验以及节段模型动态试验的主要内容及相应的结果,介绍了由于双拱干扰下的主拱静力三分力试验和涡振试验及其结论．试验表明,桥梁主桥具有良好的气动稳定性,主拱在风载下受力极为复杂。由于前榀拱尾流的影响,后拱阻力系数起伏较大。当两榀拱相距较近时,后拱的阻力系数为负数,随着间距的增大逐渐增大。试验结果将为大桥的抖振、涡振以及颤振分析提供依据。     

基于风洞试验的苏通大跨越输电塔风振系数研究

苏通大跨越输电塔的结构形式有别于普通的钢结构杆塔,其塔身下部结构采用钢管混凝土、上部结构采用钢管,质量突变大,主要受风荷载控制,并且塔高超出GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》的梯度风高度限制。为此,采用气动弹性模型和刚性模型的边界层风洞试验确定苏通大跨越输电塔的风致响应和气动力,基于试验数据计算不同风向角下的惯性力风振系数、位移风振系数和有效荷载风振系数,并进行对比。并通过有限元分析梯度风高度对惯性力风振系数的影响,同时将有限元分析得到的风振系数分布和加权值与DL/T 5154的风振系数规定作比较。结果表明：上述3种风振系数分布规律并不相同,由其分别确定的等效位移接近于试验值;考虑梯度风高度后,风振系数变小,分布形状影响小;苏通大跨越输电塔的惯性力风振系数加权值小于1.6,且风振系数由下到上不是单调增大。     

Wind‐induced internal pressure effect within a novel super‐large cylindrical–conical steel cooling tower

A cylindrical–conical steel cooling tower (SCT) is a new type of very large thin‐walled, flexible structure. This study focused on the wind loads on the internal and outer surfaces of this structure and its wind‐induced responses. First, using the computational fluid dynamics method, the numerical wind tunnel was conducted to simulate a 189‐m‐high cylindrical–conical SCT, Asia's highest cooling tower that is still under construction. This numerical method was validated by comparing the wind pressures across typical cross sections of the tower model's cylindrical and conical segments with known standard curves. Based on this, the features of the airflow around the typical cross sections and its wake were extracted, and the distribution of mean wind loads along the internal and outer surfaces of the cylindrical and conical sections was obtained. Then functions for estimating the internal and outer surfaces shape factors of the cylindrical and conical segments were obtained by fitting to the simulated data. Furthermore, finite element method was used to analyze the static wind‐induced response of the cylindrical–conical SCT under internal pressure, external pressure, or both internal and external pressure. The effect patterns of internal pressures on the wind‐induced responses of the main tube, stiffening trusses, and auxiliary trusses of the tower were derived from the analysis results. Main findings of the research can provide a reference for design of very large cylindrical–conical SCTs for wind resistance in the future.     

考虑塔-线耦合作用的输电塔体系风振系数研究

考虑塔-线耦合作用的体系风振响应以及对应情况下的输电塔等效风荷载的风振系数取值是输电塔抗风设计的基础,结合某220kV输电线路一塔两线实例,通过气弹性风洞试验和有限元数值模拟的方式,研究输电塔在考虑导、地线耦合作用下的风振响应规律,计算其对应的输电塔等效风荷载的风振系数,并与我国现行规范中的相关取值进行对比,结果表明:横担和输电线的存在使得塔身中上部的风振系数明显增大,在进行输电塔设计时需考虑其影响;建议采用《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2012)和《高耸结构设计规范》(GB50135—2006)来计算风振系数时,对横担位置进行修正或单独考虑,而《架空输电线路荷载规范》(DLT5551—2018)更适用于输电塔类结构的风振系数的计算。     

Davenport风速谱与Kaimal风速谱在通讯塔设计中的比较分析

本文对Davenport风速谱和Kaimal风速谱进行了分析比较,并且以江苏某通讯角钢塔为例,采用两种不同的风速谱计算了结构的风振响应,得出了在通讯角钢塔的工程计算中Kaimal风速谱更加接近实际风速时程的结论。     

上海长江大桥车桥系统节段模型涡激共振试验研究

涡激共振通常都在低风速发生,且涡激共振对断面形式的微小变化很敏感,因此有必要研究车辆对车桥系统涡激共振性能的影响。以上海长江大桥为背景,在同济大学土木工程防灾国家重点实验室TJ-1边界层风洞中进行了1∶60缩尺模型试验,开展了桥面无车状态、桥面有车状态下的两种断面形式以及0°、 3°和-3°三种风攻角共6个试验工况节段模型涡激共振试验研究,并将模型试验结果经过振型修正换算到实桥。试验结果表明:桥面有车状态下的竖弯涡振和扭转涡振中分别伴有相同频率的扭转振动和竖弯振动;桥面有车状态的竖弯涡振和扭转涡振幅值明显比桥面无车状态大;桥面有车状态下的涡振锁定风速区间比桥面无车状态下提前。可见车辆明显改变了主梁的气动外形,且无论从振幅还是振动形态方面考虑,车辆对车桥系统的涡激共振影响是不可忽视的。     

小型风力机塔筒减振环减振控制的研究

小型风力机在风轮起动至额定转速或者由额定转速降至起动状态的过渡区间有共振点,如果共振持续较长的时间,就会造成严重的事故。本文依据小型风力机塔筒的结构形式和共振特点,研制了小型风力机防共振的减振装置—减振环,对小型风力机塔筒进行减振控制。在无减振环和有减振环两种情况下,分别对一小型风力机塔筒进行了水平正弦荷载作用下的时程分析,以考察减振环对小型风力机塔筒的减振效果。结果表明,减振环的减振效果达到70%以上,减振效果明显。减振环的研制填补了小型风力机减振装置的空白,为小型风力机塔筒振动控制的理论研究和工程设计提供有价值的参考。     

吊桥颤振临界风速计算

从历史诸多座吊桥塌坍事故中汲取教训,分析吊桥毁桥原因为风速达到颤振临界风速所致,介绍吊桥颤振临界风速的实用计算法,并与实桥风洞试验结果进行了对比。