一起架构避雷针断裂故障原因分析

对一起330 kV设备区架构钢管式避雷针断裂倒塌故障进行详细分析,介绍了故障发生的过程及当时的气象条件。从避雷针的结构入手进行深入剖析。通过对作用于避雷针风荷载进行计算和与设计值进行比对,找到了故障发生的直接原因:处于风场迎风侧最上游的钢管避雷针,在湍流强度较低的流场中和适宜的风速条件下,发生了涡激共振,在涡激共振往复荷载的持续作用下,导致钢管避雷针整体倾倒。     

变电构架钢管避雷针微风振动研究

基于对不同变电构架避雷针结构的有限元建模与模态分析,对比其前十阶振动频率、振型等动力特性.利用Ruscheweyh模型结合欧洲规范对典型带支座避雷针和联合构架避雷针进行微风振动计算分析,得到每阶起振临界风速与横风向最大位移,进一步分析构架避雷针横风向涡激共振的特点.该结果对避免构架避雷针在工作频率范围内发生涡激共振及估...     

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。     

基于CFD的750kV变电构架单钢管避雷针结构绕流分析

采用Fluent软件,对750kV变电构架单钢管避雷针结构进行了模拟风场下的绕流分析,获得了避雷针各节段在设计风速下的绕流特性、涡脱现象以及体型系数。分析结果表明:随着钢管直径的减小,避雷针绕流的涡脱现象增强,体型系数变大。设计风速下避雷针各节段体型系数数值模拟值与规范取值相差最小为4%。在750kV变电构架单钢管避雷针结构设计中,当钢管直径小于150mm时,为保证结构安全和正常使用,应对结构进行风振动力响应分析。     

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%。     

单向张拉膜结构气弹模型试验研究

在均匀流场中进行开敞式单向张拉膜结构气弹模型风洞试验,研究膜结构的流固耦合机理。研究表明：膜的气弹失稳主要由涡激共振引起,膜结构在风荷载作用下变形到平衡位置并围绕该平衡位置进行振动,特定风速下,流体流经平衡位置会产生旋涡。低风速下,膜以一阶模态为主振动,流场中没有任何旋涡;超过一定风速后,振动中出现了某高阶模态的响应,流场中也出现了与该阶模态主频接近的旋涡;随着风速的增大,旋涡的主频与该阶模态频率的差别越来越小进而变化到相等,后又变化到差别越来越大,导致该阶模态的共振响应越来越弱直至消失;随着风速的继续增大,旋涡的频率会与膜的其他阶模态基频接近,导致结构发生其他阶模态的涡激共振。这种涡激共振是一种周期性振荡式失稳,结构的无量纲第一临界风速约为0.84,第二临界风速约为2.27。     

分体式钝体双箱钢箱梁斜拉桥节段模型风洞试验研究

针对某主跨为458m的分体式钝体双箱钢箱梁斜拉桥,通过缩尺比为1∶50的主梁节段模型风洞试验,研究桥梁的颤振和涡激共振性能。节段模型风洞试验结果表明,在0°和+3°两种风攻角下,该桥原始方案的颤振临界风速低于颤振检验风速,而且扭转涡激共振的振幅也超过了设计允许值。为了提高桥梁的颤振稳定性并抑制涡激共振,研究在分体式钝体双箱钢箱梁上游和下游两侧上方安装固定水平气动翼板的气动控制措施。气动翼板的宽度为0.043B(B:分体式钝体双箱钢箱梁的宽度),上游和下游两侧气动翼板质心之间的水平距离为1.02B,气动翼板质心至分体式钝体双箱钢箱梁顶面的竖向距离为0.45H(H:分体式钝体双箱钢箱梁的高度),两侧气动翼板单位长度的总质量为0.008meq(meq:单位长度分体式钝体双箱钢箱梁的等效质量)。节段模型风洞试验结果表明:安装固定水平气动翼板后,在0°和+3°两种风攻角下,该桥改进方案与原始方案相比颤振临界风速分别提高了24%和33%,均高于颤振检验风速,并且改进桥梁方案没有发生涡激共振现象。最后,通过分析不同风速下桥梁结构阻尼随风速的变化,结果发现:安装固定水平气动翼板后桥梁扭转运动的阻尼显著增加,从而提高了桥梁的颤振稳定性,同时有效抑制了桥梁的扭转涡激共振。     

单钢管避雷针减振设计技术研究

单钢管避雷针的长细比过大,刚度较小,在风荷载作用下容易发生风致振动和涡激振动,导致避雷针的根部或法兰连接部位的焊缝或螺栓产生疲劳破坏。为了减少避雷针在风荷载下的振动,采取相关减振措施。采用有限元软件ABAQUS对结构进行建模分析,比较三种减振方案的不同效果。结果表明,基于特制调频质量阻尼器(TMD)的减振装置效果好并易于实施,在合理设计下能够显著减小振动;而内置预应力拉索方案没有明显的减振效果;采用灌浆加强的双法兰连接构造虽然未能减小振动,但是局部的加强有助于降低关键部位的应力水平,进而提高疲劳性能。此外,对格构式避雷针进行建模分析,与单钢管避雷针比较发现,格构式避雷针在风荷载下的力学性能优于单钢管式避雷针。     

高压输气管道穿越河流的结构动力学分析

长距离高压输气管道常常由于自然条件限制而穿越河流,在服役中还会因人为生产活动或地质灾害造成地貌的改变而形成穿越河流现象。高压输气管道在水流尾流旋涡的作用下产生涡激振动,对管道结构的运营造成安全隐患。首先采用流体Fluent有限元软件模拟了高压输气管道在不同流速下的绕流,获得了涡激升力系数。然后将流场分析中提取的涡激升力作为动态边界条件,利用Ansys有限元软件对高压输气管道的涡激振动现象进行了动力学分析。获得了固支条件下管道的动态应力响应、频响曲线,计算了不同约束条件下避免发生共振时的临界长度。本文提供的方法和结论对高压输气管道结构的风险评估、工程设计和防灾减灾具有重要参考价值。     

某大厦楼顶桅杆天线涡激振动控制分析

某超高层大厦在无地震和强风时发生异常振动,大厦内人员振感强烈。初步判断是楼顶桅杆天线发生涡激共振,并引发主体结构高阶振型共振效应。计算桅杆天线顶部风速并与各阶振型的涡激振动临界风速对比,判断桅杆天线在特定风场条件下发生频率为2.11Hz的涡激共振,与现场实测结果基本吻合。建立大厦结构的有限元模型,计算桅杆天线涡激共振荷载并以正弦波荷载的形式输入到模型中,分析不同输入角度下主体结构的动力响应情况。结果表明,桅杆天线2.11Hz的涡激共振引发主体结构高阶振型共振响应;沿135°或315°输入正弦波荷载时动力响应最大;主体结构的动力响应沿楼层呈波动形态;峰值加速度响应满足中国规范限值,但大于日本风振舒适度规范H-90级别限值,导致了显著的振感。对桅杆天线设计了三个振动控制方案,输入不同频率的正弦波荷载,分析改造后的桅杆天线对正弦波荷载频率的敏感性。结果表明,所提出的三个方案均能有效减小主体结构和桅杆天线的动力响应,且提高了最不利正弦波荷载频率,降低了桅杆天线发生涡激共振的概率。     

输电塔钢管构件涡振疲劳临界起振风速的探讨

输电塔钢管构件易出现涡激振动引发的疲劳破坏。本文给出临界起振风速的确定方法,以避免疲劳破坏的发生。本文针对钢管构件两端铰支和两端固支这两种典型的支承条件,结合结构动力学理论,推导两种支承条件下钢管构件发生涡振时构件中部的最大振幅公式,并根据风洞试验数据进行验证,进而推导出构件最大弯矩公式。基于平均风速分布符合Weibull分布的假定,结合疲劳理论得出构件的容许应力幅公式。最后结合算例,得出构件的容许应力幅,并根据构件的最大弯矩公式结合焊缝分布形式计算法兰连接以及十字插板连接构件的焊缝应力幅,通过比较容许应力幅以及焊缝应力幅,给出疲劳寿命为50年的临界起振风速。     

影响不对称支撑圆形钢天线风致疲劳寿命的因素

在求得结构不同风向、风速下风致响应以及结构所在位置处的风速风向联合分布函数的基础上,基于经典的疲劳累积损伤理论,对一实际不对称支撑圆形截面钢结构进行风致疲劳寿命估计。通过实例分析的结果,讨论了风向、结构表面粗糙度、涡激共振以及平均风速等重要因素对结构风致疲劳寿命的影响。计算结果表明:1)风向对结构的风致疲劳累积损伤影响较大,在出现概率大的风向区间内造成的疲劳累积损伤较大;2)结构表面粗糙度对结构的风致疲劳寿命影响也较大,疲劳寿命随着表面粗糙度的增加而减小;3)涡激共振对结构的疲劳寿命有一定的影响,在计算结构的风致疲劳寿命时,不应该忽略涡激共振的影响;4)平均风荷载对结构的风致疲劳寿命影响较小。     

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。     

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。     

钢管桩加支撑前后涡振比较研究

针对最近几年来,我国几座代表性大桥在施工过程中钢管桩断裂的急需解决问题,对在水流、波浪力作用下钢管桩搭设支撑前、后所产生的涡振进行研究。采用伽辽金法分别对2种支撑体系的振型、响应、自振频率、临界弯矩、临界应力进行计算比较,同时对2种支撑体系所对应的大波数区、小波数区频率进行比较分析。通过比较分析、计算2种支撑体系的振动情况,得出钢管桩在支撑前更容易产生涡振破坏的结论。结果表明通过改变钢管桩 EI 值或采取一些特殊措施,增加桩的自振频率,来避免其在施工过程中产生的涡振破坏,对实际工程具有重大理论价值。     

风害区域750kV变电站构架避雷针变形分析及应对措施

我国西北地区风害严重,直接威胁着区域输变电设备的运行安全。在详细调研新疆风害地区750kV变电站构架避雷针变形倾倒事故的基础上,分析了风害区域构架设备变形的原因:1)涡激振动导致避雷针的法兰螺栓断裂或者松动;2)避雷针的法兰焊接质量不合格,风力作用导致局部应力集中,从而产生局部裂纹;3)设备应力集中断裂为疲劳断裂,后期发展为脆性断裂。根据这些分析结果,提出了构架避雷针的抗风措施。     

分体式双箱梁涡振气动控制措施数值模拟

分体式钢箱梁可较大幅度提高颤振临界风速,但较容易引起桥梁涡振,以国内某大跨悬索桥涡激共振为背景,对分体式双箱梁分别增设风障、导流板和纵向格栅后的涡振响应进行纯数值模拟,对比分析了导流板和纵向格栅在一阶正对称竖弯、一阶反对称扭转和七阶竖弯模态,风攻角范围为+3°～-3°情况下的涡振控制效果,基于上述气动措施的流场特性,对其涡振减振机理进行了研究。研究结果表明,风障可以有效降低竖弯涡振振幅,但对扭转涡振振幅具有放大作用;导流板的涡振控制效果与风攻角和风速有关;纵向格栅对正、负风攻角下的竖弯和扭转涡振均有很好的控制效果。     

大型水电机组的共振与噪声问题研究

本文结合具体案例,对引起水电机组共振和噪声的几种主要因素:尾水管压力脉动、卡门涡列、电磁因素等进行了分析,并对抬机现象和厂房共振进行了研究,最后给出了解决问题的建议。     

中央开槽钢箱梁悬索桥涡激共振及风振危险性的思考

介绍中央开槽钢箱梁悬索桥受低风速风作用发生的涡激共振实况。根据史料评述悬索桥风振危险性。     

钢桁梁斜拉桥抗风稳定性数值模拟分析

以金塘大桥为研究对象,基于弹簧悬挂系统,采用Starccm+软件为研究工具,利用微分方程的数值解法和动网格技术,研究不同风攻角下桥梁的颤振临界风速、涡振扭转和竖弯振幅。结果显示:风攻角为3°时颤振临界风速区间为81～83m/s,风攻角为0°时颤振临界风速区间为87～89m/s,风攻角为-3°时颤振临界风速区间为95～98m/s,而规范公式计算的弯扭耦合颤振临界风速为90.44m/s,均大于检验风速76.3m/s;金塘公铁两用大桥的竖向弯曲振动和扭转振动涡振的共振振幅分别为102mm和0.253 86°,均小于规范的容许值201.3mm和0.289 8°;主梁颤振及涡激振动性能满足要求。研究结果表明金塘公铁两用大桥设计抗风稳定性满足规范要求,研究方法对大跨度桥梁的抗风设计具有参考价值和实际意义。