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。     

偏转风场下方形截面超高层建筑风致响应与气弹效应研究

超高层建筑具有轻质高柔的特点,强风作用下其气弹效应明显;且水平风向角沿高度偏转,导致超高层建筑的风荷载和风致响应与不考虑风向偏转时有明显不同。为此,完成了风向偏转角为25°的偏转风场及其无偏等效风场下一方形截面千米级超高层建筑的气弹模型试验,基于试验所得的模型顶点加速度时程,结合Hilbert-Huang变换方法和改进的随机减量法识别了气动阻尼比,对比分析了风向角、折减风速和有无风向偏转对气动阻尼比、极值加速度、涡激共振临界风速和锁定区的影响规律,探究了偏转风作用下千米级超高层建筑的风致响应、气弹效应和涡激振动等特性。研究结果表明：风向角对气动阻尼比和极值加速度影响较大,会显著改变其变化规律和涡激共振临界风速;基于频域分析所得的涡激共振临界风速小于由气动阻尼比或极值加速度确定的涡激共振临界风速,表明后者所反映的涡激共振特性具有滞后性,将导致结构不安全;相比无偏等效风作用,偏转风作用下水平向气动阻尼比较大,结构的顶点极值加速度较小,角部极值加速度的最大降幅可达38.3%。     

电力架空导线在覆冰状态下的风振响应分析

为研究电力架空导线自然风作用下的振动响应特征以及其受覆冰、防振锤等因素的影响，以某地区典型大跨度输电导线为研究对象，基于随机过程理论的谐波叠加法建立了设定工况下的脉动风模型，并进一步获得了自然风荷载的数学模型。采用通用有限元软件ANSYS对导线进行动力响应分析，对比了在自阻尼情况下裸导线和覆冰导线的风振响应特征。最后，通过将防振锤简化为弹簧振子，对覆冰导线-防振锤体系进行动力响应模拟，验证了多点集中布置防振锤对于控制导线在顺风向与垂直风向的振动响应均有一定的效果。     

车削过程中自激振动的原理及抑制

车削过程本身引起切削力周期性变化而产生的振动属于自激振动.自激振动是车削过程中最常见的问题之一.分析自激振动产生的原理,采取相应的措施,对改善切削条件,提高工件表面加工质量和加工精度,具有重要意义.     

如何控制风机盘管机组的噪声

风机盘管机组的噪声是由风机翼轮和压缩机振动产生的。控制风机盘管机组噪声的途径有：     

输电塔钢管构件涡激风振防振锤抑制方法研究

输电钢管塔的某些圆截面构件在一定条件下会发生由卡门涡街引起的横风向振动,持续振动可能会造成结构破坏。目前抑制该振动的方法主要采用限制构件一阶起振临界风速即间接限定构件长细比。借鉴输电线路导地线微风振动的防振锤抑制方法,研究了采用防振锤抑制钢管构件的涡激风振,提出了钢管构件涡激风振抑制用防振锤的参数设计计算及优化方法,并通过试验验证了该方法的良好抑制效果,研究成果为钢管塔的涡激风振防治提供一种新的技术方案。     

大跨度斜拉桥的拉索减振方法

随着现代材料和施工技术的发展,新一代桥梁结构往往柔性大、阻尼小且质量轻,对风的敏感程度也就越来越高。尤其是大跨斜拉桥的拉索构件,极易在风的激励下产生以下几种典型的风致振动:卡门(Karman)涡激共振、尾流弛振,结冰索的弛振、风雨激振等。其中,风雨激振是指在风雨的共同作用下,拉索将发生的低频率、大幅度振动,但对这种振动产生的机理目前尚未有充分的认识。这些振动现象,会引起拉索中应力的交替变化而造成索股疲劳,导致人们对斜拉桥安全性的怀疑。因此,如何有效地防止或抑制包括风雨激振在内的拉索振动现象,已成为结构工程师讨论的…     

超高层建筑上实施风力发电可行性研究

珠江城商务写字楼高309.6m,在大楼中上部建造4个风洞(吸风口)并安装有4个风能发电机进行风能发电。通过大比例尺(1∶150)模型的风洞试验,研究吸风口内风速放大效应;利用全尺寸CFD数值模拟评估在3年重现期风速下风机运行及气流流经吸风口引起的噪声影响;通过CFD数值模拟获得来流为40m/s时风机切入绕流的风荷载,建立风机及其上下8个楼层范围内的结构有限元模型,并将CFD数值模拟获得的风荷载作为输入荷载评估了风机运行时对其连接的上下两个楼层振动的影响。研究结果表明:①建筑外形及吸风口的喇叭口形状对气流具有明显的加速作用;②受到周边建筑的干扰作用,出现明显的"峡谷风效应",有周边工况下吸风口的风速放大效应出现在2号吸风口(tunnel-2);③在绝大多数情况下,4个吸风口均能达到风机运行时所需的风速要求,风力发电基本能够正常运行;④在3年重现期风速下,风机运行及气流流经吸风口产生的噪声小于50分贝,满足城市2类地区的噪声限制要求;⑤在吸风口处的来流风速为40m/s情况下,风机运行产生的振动较小,满足高层建筑对结构振动舒适度的要求;⑥在超高层建筑上实施风力发电是可行的,乃利用可再生能源的一种创新策略。     

基于非线性涡激力广义模型的涡振幅值换算

节段模型测振风洞试验是研究涡激共振风速锁定区间和振动幅值的主要手段之一,但节段模型涡振振幅并不能由几何缩尺比直接换算至实桥,需要对测试结果进行修正。已有研究表明,涡激力具有强烈的非线性特性,因此基于线性涡激力模型的换算方法不再适用。此外,由于采用的非线性涡激力模型不准确,基于非线性涡激力模型的已有换算方法也不一定适用,并且目前基于非线性涡激力模型的换算方法也没有给出阻尼比的修正方法。为此,文章借鉴量纲分析方法,推导非线性涡激力广义模型,并给出计算涡振振幅的非线性涡激力简化广义模型,然后根据能量相等的原则推导节段模型与实桥的涡振幅值换算公式。研究表明：当节段模型与实桥结构阻尼比一致时,振幅换算关系仅与桥梁阵型函数值有关;当节段模型与实桥结构阻尼比不一致时,振幅换算关系还与涡振生长或衰变过程位移振幅变化率以及涡振稳定状态无量纲幅值有关;不同换算方法的结果对比表明本文换算结果与实测值最为接近。     

大跨度悬索桥钢桥塔压杆涡振CFD研究

采用有限元分析方法,以国内某大跨度悬索加劲钢桁梁桥为研究背景,对主塔钢压杆涡振性能进行研究。采用基于RANS方法的k-wSST湍流模型,开展了塔柱压杆钝体断面的气动稳定性CFD数值模拟计算,得到了断面的自激气动力系数以及周围流场信息。计算结果发现压杆断面在尾流区存在明显漩涡脱落,有可能引发涡激振动现象,对构件的耐久性造成损伤。     

考虑百叶窗透风率超大型冷却塔内吸力风振系数研究

为研究不同百叶窗透风率下超大型冷却塔内吸力风振系数的分布特性和取值,以国内某在建210m高超大型冷却塔为工程背景,首先通过同步刚体测压风洞试验,得到了不同透风率（0%、15%、30%及100%）下冷却塔结构内表面平均与脉动风荷载。在此基础上,对比分析不同透风率平均和脉动风压分布特性,并采用有限元方法建立了塔筒-支柱-环基一体化仿真分析模型,对该超大型冷却塔进行四种内吸力作用工况下完全瞬态时域动力计算。对比了四种透风率下内吸力风振系数的一维、二维和三维分布特征,分析了以塔筒径向位移、子午向轴力、von Mises应力和环向弯矩四种典型目标响应下的风振系数取值标准,分别给出了此类超大型冷却塔不同透风率下内吸力风振系数的取值建议,即0%、15%、30%及100%透风率下内吸力风振系数分别取为1.69、1.79、1.69和1.57。     

Wind-induced vibration control of Hefei TV tower with fluid viscous damper

The Hefei TV tower is taken as an analytical case to examine the control method with a fluid viscous damper under wind load fluctuation. Firstly, according to the random vibration theory, the effect of fluctuating wind on the tower can be modeled as a 19-dimensional correlated random process, and the wind-induced vibration analysis of the tower subjected to dynamic wind load was further obtained. On the basis of the others’ works, a bi-model dynamic model is proposed. Finally, a dynamic model is proposed to study the wind-induced vibration control analysis using viscous fluid dampers, and the optimal damping coefficient is obtained regarding the wind-induced response of the upper turret as optimization objectives. Analysis results show that the maximum peak response of the tower under dynamic wind load is far beyond the allowable range of the code. The wind-induced responses and the wind vibration input energy of the tower are decreased greatly by using a fluid viscous damper, and the peak acceleration responses of the upper turret is reduced by 43.4%.     

大型冷却塔表面脉动风压原型实测与分布准则

我国冷却塔规范风荷载条款仍源自20世纪80年代原型冷却塔（约90m高）实测资料,且仅规定了塔筒表面静态风压分布。事实上,超大型冷却塔（高度≥165m）风振问题与风荷载脉动作用关系更加密切,由此导致了冷却塔数学和物理试验模型雷诺数效应模拟准则的不完整性,难于准确再现冷却塔表面动态风荷载与来流条件、塔群组合状况等参数间的合理关系,已成为制约大型冷却塔抗风性能研究和结构设计的瓶颈。为此,采用全天候动态风压采集设备,对某电厂冷却塔（约166m高）进行通风筒表面动、静态风压长期现场观测,量化表面脉动压力与来流紊流度之间的影响关系,提出具有原创性的冷却塔超高雷诺数条件（Re≥6E7）脉动风压雷诺数效应模拟准则。     

Comparison of wind‐induced dynamic property of super‐large cooling tower considering different four‐tower interferences

Dynamic amplification effects caused by tower‐group interference is the most critical causes of wind‐induced destructions of super‐large cooling tower (SLCT), and four‐tower combinations are the most common tower‐group combining form. However, the dynamic amplification effects of SLCT of different four‐tower arrangements have not been studied systematically so far. The highest (220 m) SLCT in the world was taken as the target to conduct SLCT wind pressure measurement under 320 wind tunnel test conditions. Firstly, the stability performance under the design wind loads was analyzed. Then, the dynamic time‐history analysis was carried out, and the distribution characteristics of peak factors and values of extreme response were discussed. Furthermore, with a new concept parameter “tower‐group wind vibration coefficient” for the wind‐resistance design of SLCT, the distribution laws of two‐dimensional (2D), one‐dimensional (1D), and global tower‐group wind vibration coefficient were revealed under different four‐tower interferences. On these bases, we recommend the design parameters for wind‐resistance study of SLCT and the priority of four‐tower combination forms. The study showed that the dynamic effects of SLCT under different four‐tower arrangements were significantly different from each other and the tower‐group wind vibration coefficients proposed in this paper can reflect the interference effects of tower‐group more efficient than traditional design method. The results may become a useful database for the wind‐resistance design of SLCT and provide clues for the optimization of four‐tower arrangements in power plants.     

Vibration control study on a supertall building

Vibration control of a 288‐m supertall building with connective structure is studied in this work. Fluctuating wind time series of the structure in forward and reverse Y‐direction in a 10‐year frequency are simulated by modified auto‐regressive method (AR method) to perform wind vibration analysis, and six minor and major earthquake waves are provided by building designer to perform earthquake analysis. Three vibration control schemes with nonlinear viscous dampers are proposed to control structural dynamic responses under wind and earthquake excitations. The dynamic responses of the structure with the proposed control schemes in wind and earthquake excitations are investigated and their vibration control effects are analysed comparatively. The study results show that the modified AR method is reliable and effective for simulating the fluctuating wind exerted on the building. The excessive dynamic responses induced by wind and earthquake excitations can be controlled effectively by the proposed schemes. The peak acceleration of top storey can be reduced by almost 40% for the proposed control schemes in wind excitation. The elastic working state of the connective body between the high tower part and the low tower part in major earthquakes can also be ensured totally. So, the validity and feasibility of the proposed schemes in reducing structural vibration responses can be fully approved. Some suggestions about structural analysis and design under wind and earthquake excitations are proposed. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

风-冰联合作用下风电塔高强螺栓疲劳可靠度分析

针对风力机塔筒法兰联结螺栓结构特殊、受力复杂、易于失效等特点,对风-冰联合作用下高强螺栓节点的疲劳可靠度进行了研究。首先通过谐波叠加法生成风速时程,按照概化冰力函数求出作用于风电塔上的冰力时程; 然后应用ANSYS建立风电塔模型,施加生成的风荷载及动冰荷载,得到法兰中心处的应力时程曲线; 基于Schmidt-Neuper理论及有限元方法分别对法兰联结螺栓结构进行计算,得到法兰受载与螺栓应力之间的关系; 通过MATLAB多项式拟合得到外荷载作用下螺栓的应力时程曲线; 最后基于累积损伤理论,计算螺栓在不同荷载工况下的疲劳可靠度,并讨论预紧力、螺栓位置、冰速对其疲劳可靠度的影响。结果表明:考虑冰载后螺栓的疲劳可靠度均有所下降,冰载对螺栓疲劳可靠度的影响不容忽视; 预紧力的大小对风载作用下的螺栓疲劳可靠度影响较大,对冰载作用下的螺栓疲劳可靠度影响不大; 螺栓所在位置对各荷载工况下的螺栓疲劳可靠度均存在较大影响,且对冰载作用下的螺栓疲劳可靠度影响最为明显; 法兰所受外荷载大于使螺栓节点分开所需的荷载时,会增加螺栓的应力幅值,从而降低其疲劳可靠度; 冰载作用下影响螺栓疲劳可靠度的主要因素为冰激作用导致的塔架共振。     

基于分层壳单元模型超大型冷却塔风致倒塌机制与失效准则

历史上超大型冷却塔风毁事件多次发生,国内外现行规范中缺乏超大型冷却塔风致倒塌机制与失效判别准则。以我国西北地区某在建高228 m的冷却塔为背景,建立分层壳单元模型,考虑塔筒的多尺度壁厚及配筋率变化,通过刚体测压风洞试验获取了冷却塔表面风荷载,结合增量动力分析法分析了典型风速下塔筒位移和内力响应,确定临界倒塌风速为83 m/s;基于节点失效前后von Mises应力变化规律提炼了冷却塔倒塌过程中3种内力重分布机制,结合塔筒喉部位移构建了结构变形失效准则。研究表明：采用分层壳单元模型可以有效模拟超大型冷却塔倒塌全过程,中心破坏区域扩散形成裂隙网,直至完全倒塌破坏;塔筒首个单元失效首先引发滑动面机制,随后以转动铰机制和滑移面机制为主进行内力重分布;当结构变形失效指标(喉部迎风面与背风面的相对水平位移与喉部直径之比)不小于1.5%时,超大型冷却塔失效倒塌。     

Collapse mechanism and failure criteria based on layered shell element model for super-large cooling tower under wind action

历史上超大型冷却塔风毁事件多次发生，国内外现行规范中缺乏超大型冷却塔风致倒塌机制与失效判别准则。以我国西北地区某在建高228 m的冷却塔为背景，建立分层壳单元模型，考虑塔筒的多尺度壁厚及配筋率变化，通过刚体测压风洞试验获取了冷却塔表面风荷载，结合增量动力分析法分析了典型风速下塔筒位移和内力响应，确定临界倒塌风速为83 m/s；基于节点失效前后von Mises应力变化规律提炼了冷却塔倒塌过程中3种内力重分布机制，结合塔筒喉部位移构建了结构变形失效准则。研究表明：采用分层壳单元模型可以有效模拟超大型冷却塔倒塌全过程，中心破坏区域扩散形成裂隙网，直至完全倒塌破坏；塔筒首个单元失效首先引发滑动面机制，随后以转动铰机制和滑移面机制为主进行内力重分布；当结构变形失效指标(喉部迎风面与背风面的相对水平位移与喉部直径之比)不小于1.5%时，超大型冷却塔失效倒塌。     

三管集束式钢烟囱风致响应与风振系数研究

为研究三管集束式钢烟囱风致响应与风振系数,以国内某在建180m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压;采用有限单元法建立排烟筒-加劲环-工字梁一体化有限元模型,对不同风向角下三管集束式钢烟囱结构体系的风致响应进行完全瞬态时域动力分析,研究以径向位移、子午向轴力、环向弯矩和von Mises应力等4种响应作为响应目标的排烟筒一维、二维和三维响应风振系数分布特性及取值标准,给出了典型风向角下三管集束式钢烟囱分层及整体风振系数的取值建议。研究表明：基于4种响应目标的风振系数沿子午向和环向具有明显的二维分布特征,层风振系数随高度逐渐增大,整体风振系数建议取值为2.12。     

强台风作用下深圳卓越世纪中心的实测研究

超高层建筑的结构动力特性是影响结构风效应评估精度的重要因素,实测是获取实际结构动力特性参数的唯一方法并已有很多研究,但实测研究中出现较大振幅的情况仍极为少见。文章采用自主研发的无线加速度传感器,对高度280m的深圳卓越世纪中心北塔(ZCC)进行连续长期监测,得到10年来多次台风作用下ZCC结构顶部加速度响应时程信号。采用不同参数识别方法分别对ZCC在5次具有代表性的台风作用下的结构顶部加速度响应时程数据进行详细分析,并将台风“山竹”的实测结果和风洞试验的结果进行对比。结果显示：不同方法识别得到的结构模态频率一致性较好,模态阻尼比则存在一定差别;结构模态频率有随振幅增大而减少的趋势,顺风向的结构模态阻尼比随加速度的增大有增大的趋势,横风向的结构阻尼比则呈现较大的离散性,和加速度振幅的相关性不明显;现场实测得到的ZCC在台风“山竹”作用下的结构顶部峰值加速度和风洞试验结果具有较好的一致性,且在连续10年中测到的最大峰值加速度为23.91cm/s²,表明该建筑能够满足舒适度要求。