基于气动弹性模型的曼型干式煤气柜风致响应风洞试验研究

为了对煤气柜进行风致响应分析,根据风洞试验相似准则,设计制作了曼型干式煤气柜气动弹性模型,并对煤气柜模型动力特性进行试测。在此基础上,详细分析了煤气柜在不同工况下的风致响应。结果表明:煤气柜气动弹性模型能够准确模拟原型结构动力特性;活塞位置对煤气柜位移响应的影响显著,位移响应最大值发生在活塞处于低位时,迎风面柜体的2/3高度处;试验风速对活塞邻近测点位移响应的影响有限,对与活塞相距较远测点位移响应的影响明显;活塞的存在对柜体风振系数起到抑制作用,但总体而言煤气柜风振系数沿子午向从上至下逐渐增大。结合试验结果给出了煤气柜风振系数计算式。     

大型双曲冷却塔气弹模型风洞试验和响应特性

双曲薄壳冷却塔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。根据某大型双曲冷却塔结构动力特性和风振响应的特点,按相似准则合理简化,成功设计和制作了这一复杂结构的气动弹性模型,并在大型边界层风洞中模拟的B类风场、7个工况共112个风向角下进行了试验。根据试验结果可得:结构的位移响应特征参数均和风速呈现线性关系,干扰作用减小了位移响应的均值,增大了其脉动量,并使其沿环向的变化趋势发生改变;8m/s风速下测压试验计算的结构响应值相比气弹试验结果均值偏小、均方差偏大;单塔工况下背景分量占据主导地位,而多塔干扰影响使背景分量不再居于主导地位,共振响应趋于显著;多塔干扰下以原型结构10cm位移为阈值计入风振系数贡献的测点数减少,但是响应根方差增大,其风振系数均值相比单塔下结果明显变大。     

体育场屋盖气弹模型设计及风洞试验研究

空间结构气动弹性模型的设计和制作是非常困难的。本文根据一大型体育场环状挑篷的结构和风振响应的特点,合理简化相似准则,成功设计和制作了这一复杂结构的气动弹性模型,并在大型边界层风洞中模拟的B类风场、36个风向角下进行了试验。通过对结构典型测点加速度响应谱的特征分析以及对风向和风速对结构加速度和位移响应的影响的分析得到:看台以上挑篷中部的振动最强;风向对挑篷不同部分的振动幅值和参与振型有很大影响;挑篷的风致振动响应由多模态贡献。     

根据随机交通状况修正横截面尺寸的大跨桥梁的风致性能

现有的交通状况对细长大跨桥梁(SLB)面板主要影响有两类:1)桥梁横截面尺寸发生改变,这可能会反过来改变颤振导数及作用在桥梁上的风致气动弹性荷载;2)作用于桥梁上的附加动力荷载,包括来自于车辆的动力相互作用。与外部动力荷载——车辆相比,通过改变桥梁横截面尺寸来研究其影响是很少见的。在桥面板上分布车辆模型,在风洞实验室模拟随机交通流对按比例制作的桥梁截面模型进行试验。在风洞试验中通过改变桥梁的横截面尺寸来获得不同的颤振导数,目前的研究是从数值上评估其对大跨桥梁的风致性能,如气动弹性性能、风致响应和潜在疲劳累积性能的影响。     

大型冷却塔结构抗风研究综述与展望

大型冷却塔是典型的风敏感结构,其抗风安全性直接关系到国家电力系统运行的可靠性。本文介绍了国内外大型冷却塔的建设现状,综述了大型冷却塔风洞试验、表面风荷载、风振响应、等效静力风荷载和风致振动控制等几个方面的研究进展;在此基础上并结合国外主要冷却塔设计规范指出我国大型冷却塔抗风设计相关规范条款的不足,建议需要进一步研究的若干新问题。从而可为在建或拟建的火(核)电超大型冷却塔工程提供一定的理论基础和设计指导,同时为超大型冷却塔的风致振动控制设计与实现提供重要的参考。     

北京机场新塔台结构风洞试验研究

对首都机场新塔台结构的刚性模型和气动弹性模型进行了风洞试验研究 ,提出了考虑弗劳德数等一系列相似参数模拟的高耸塔台结构气动弹性模型的设计制作方法 ,获得了高耸塔台结构的风压分布规律及加速度风振响应特性     

黄土地基风致疲劳动力响应的试验研究

通过对内蒙古西部环境风荷载的模拟与试验等效,就区域性黄土地基的风致疲劳动力响应规律进行试验研究。以内蒙古西部某风电工程为例,收集近40年的环境气象数据,拟定该地区风电工程建设中合理的风致疲劳荷载形式,并通过动三轴试验进行模拟与等效。进而,以重力式扩大基础为例,通过动三轴试验研究风致疲劳荷载作用下黄土地基的动力响应及其稳定性,分析风致疲劳荷载所引起的地基内部动应力、动应变的发展变化和扩散规律,建立黄土地基风致疲劳损伤规律与风致疲劳荷载的等效形式、风荷载持续及间歇时间以及黄土含水率变化等因素之间的关系,为评价黄土地基的风致疲劳动力稳定性以及风致灾变的演化与安全防御等提供试验依据和理论指导。     

上海中心整体钢平台系统风致响应风洞试验研究

超高层建筑施工钢平台脚手模板系统是一种特殊的风敏感结构,本文阐述了对其在高空大风作用下的风致响应进行的研究。采用气动弹性模型风洞试验的方法,依据风洞气弹模型相似理论,设计并制作了上海中心施工钢平台系统钢平台气动弹性模型,进行了风洞试验。在均匀流畅和紊流场中对外挂脚手架和钢平台不同部位的位移和加速度进行了量测,结果表明0°风攻角提升后工况下,侧风面外挂脚手架受风吸力作用。随风速增加,均匀流场和紊流场中外挂脚手架的位移均呈近似直线型增长,紊流场中外挂脚手架加速度均方根值呈近似抛物线型增长,结构风振效应对于脉动风十分敏感。迎风面脚手架中部和侧风面脚手架下层中部位移和加速度值均较大,为结构风振响应的危险区域,可将此处响应值作为设计依据并考虑安全措施。     

斜拉桥试验模型相似性推导与动力问题的数值分析

采用结构试验模型的相似理论,应用方程分析与量纲矩阵分析相结合的方法,推导了岳阳洞庭湖大桥三塔斜拉桥模型的静力和动力模型的各种相似关系,以及模态参数的相似比和相似判据。采用有限元技术,对比分析实桥与模型结构的自振特性与在地震波作用下的动力响应;通过数值分析得出满足刚度相似的模型数值结果,通过在模型结构上施加合理的配重后即可获得满足工程精度要求的原型结构的动力特性与动力响应;针对大跨度斜拉桥模型结构的配重问题,比较塔和索的配重对结构自振特性和在三向地震波作用下动力响应的影响。研究表明,在对桥梁结构进行静、动力分析时,桥梁结构的模型设计主要应满足刚度相似,试验结果可以根据相似比和相似判据通过配重进行修正,从而为结构的设计与动力试验提供依据。     

超高层建筑气动弹性效应双向受迫振动风洞试验研究

通过双向受迫振动风洞试验对高347m的长沙世茂广场模型的气动弹性效应进行研究,模拟结构平面两个轴向的一阶振动,同步测量了振动模型上的表面风压和模型顶部位移。在对振动模型横风向和顺风向的气动弹性力分析基础上,识别了该模型气动阻尼比和气动刚度比,计算并分析了气动弹性效应对结构风致响应和等效风荷载的影响。分析结果表明,在100年重现期风速作用下,该模型气动阻尼比为正值,气动刚度为负,气动刚度相对于结构刚度较小,对结构自振频率影响不大。考虑气动弹性参数后,顶部最大位移响应可减小5%,最高居住层最大加速度响应可减小10%,由等效风荷载计算得到的基底总剪力和基底总弯矩减小1.1%左右。分析表明,双向受迫振动风洞试验是一种有效且有实用前景的超高建筑气动弹性参数识别方法。     

基于完全气弹模型风洞试验输电塔风荷载识别

按照基本缩尺律,设计、制作了输电塔完全气弹模型,并通过大气边界层风洞试验,测试了多种风速、风向条件下输电塔的位移与加速度响应。通过加速度响应功率谱识别出结构的固有频率,并采用Hilbert-Huang变换结合随机减量法识别出包含结构阻尼和气动阻尼的结构总阻尼。利用虚拟激励法建立了由测点位移响应来识别结构顺风向、横风向风荷载的方法。由识别出的风荷载谱曲线,利用非线性最小二乘法拟合得到输电塔顺风向、横风向风荷载经验公式。研究结果表明：风洞试验设计、制作的输电塔气弹模型,测试得到的模型第1阶自振频率与有限元计算结果吻合较好;横风向荷载谱形态与顺风向的相比有较大的区别,其能量分布在一个更宽的频带上,其峰值频率是顺风向的3～4倍。     

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.     

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。     

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。     

新型超高层结构体系的抗风设计研究

在大气边界层风洞进行了“珠江城”商务写字楼大比例尺（1：150）模型风洞实验,通过对风洞实验数据分析,获得了基础等效静风荷载及结构顶部风致加速度响应,并将其结果与其他较小比例尺的两个风洞实验结果相对比,分析了模型几何缩尺比、周边建筑及平均风剖面对实验结果的影响。     

大跨双层屋盖结构风洞试验与风振响应研究

对南太湖湿地奥体公园复杂体型体育场双层屋盖结构进行了风荷载的风洞试验与风致动力响应研究。屋盖由高低两个开口椭圆屋面叠合而成,两屋面之间设置观光走廊。利用风洞模型试验测定了双层屋盖上下表面的平均和脉动风压时程数据。通过计算分析得到了屋盖结构局部测点的极值风压以及平均风荷载整体合力与最不利风向角。然后基于有限元方法对该屋盖进行了风振响应的动力时程分析,获得了结构风振系数、等效静力风荷载的分布图以及考虑风振效应的最不利风向等数据和结论。     

结合工程实例的扣塔脉动风荷载模拟及风振响应分析

四川合江一桥的拱肋吊装采用扣塔斜拉扣挂施工,扣塔高144.91m,风荷载是结构的重要控制荷载。采用谐波叠加法模拟作用于扣塔上的脉动风速、脉动风压、脉动风荷载时程曲线。把扣塔简化为二维串联多自由度动力学模型。采用ANSYS瞬态动力学分析模块,计算扣塔风振响应,为风振控制提供依据。     

大型户外单立柱三面广告牌风荷载的试验研究

近年来户外大型广告牌发展迅速,但其强风下的风致损坏也时有发生。作为一类典型的风易损性结构,现有的大型单立柱多面广告牌的风荷载计算方法亟需进一步完善。文中以典型的三面广告牌结构作为试验对象,通过面板的测压试验,分析上部面板结构的水平和扭转风力系数随风向角变化规律,针对最不利工况,给出面板水平风力及扭矩荷载的取值;提出顺风向和扭矩风荷载谱的建议公式;进一步,通过整体结构的气弹性模型的响应测力试验,研究三面柔性广告牌的基底风振响应随风向角变化规律和特征。综合静力刚性测压和动力气弹测力两阶段试验结果,给出双面广告牌顺风向和扭转风振响应的理论计算方法。该研究为完善大型广告牌结构的抗风设计,提供了风洞试压的基础数据和风荷载计算的理论方法。