隔离开关与支架体系风振实测与响应分析

基于现场实测和数值模拟,开展隔离开关与支架体系的动力风振实测与响应分析。基于计算流体动力学(computational fluid dynamics, CFD)模拟,研究隔离开关与支架体系的体型系数,并与规范计算结果进行对比分析;基于隔离开关与支架体系风振响应分析,开展风振系数数值模拟值与规范建议值的对比研究。研究结果表明：基于规范计算的格构式支架体型系数明显偏大,规范计算的体型系数相对保守;动侧结构的平均振动水平高于静侧结构,触头端部和结构顶部的位移响应明显高于支架顶部;设备支架在不同风攻角下的风振系数存在明显差异,其中60°风攻角下最大,对于斜风向角工况下规范给出的建议风振系数偏小。本研究结果可以为隔离开关与支架体系抗风设计提供科学依据。     

基于AR法的输电塔风振响应时程分析

采用MATLAB编制了基于AR法的风荷载模拟程序,以广西某工程实际220 kV输电塔为对象,用ANSYS分析了输电塔架结构在实际风场中不同风向角的振动响应以及不同跨度下时程分析和规范计算两者的差异.结果表明:时程分析的顶点水平位移与规范计算的差异随着跨度的增大而增大;除0°风向角,其它风向角下杆件轴力的时程分析与规范计算的差异随着跨度的增大而增大;90a风向角下风振响应的差异较其它风向角下的大,其时程分析位移平均值与规范计算位移之比介于1.7～2.3,时程分析轴力平均值与规范计算轴力之比介于1.4～2.0.     

粘滞阻尼器在连体高层结构中的抗风减振效果

主要研究设置粘滞阻尼器的连体高层结构风振响应及风动力荷载作用下粘滞阻尼器对结构内力、变形、加速度及能量耗散的控制效果.根据连体高层结构刚性模型的风洞试验,得到风压系数时程数据.通过编制基于风洞试验的风荷载时程处理程序WINDHIST V2.0,可将风洞试验数据进行处理并导入有限元程序进行风振时程分析.对连体高层结构进行多工况风振时程分析,结果显示:设置粘滞阻尼器能减小连体结构内力及变形,内力的控制效果优于变形的控制效果.连体结构顶部加速度是由脉动风的动力效应引起,粘滞阻尼器能有效地控制结构顶部楼层加速度.     

大跨度光伏跟踪支架结构风振响应特性研究

为研究大跨度光伏跟踪支架的风振响应特性,以某平单轴跟踪式光伏支架为研究对象,分析其动力学特性,采用谐波叠加法模拟脉动风速时程,通过时程分析方法对支架进行风振响应研究并考察平均风速、光伏板倾角以及风向角对光伏跟踪支架结构风振响应的影响。研究结果表明:光伏跟踪支架自振频率较低且分布集中;所有支撑组件中,檩条风致位移响应最大,主梁和立柱位移响应较小;檩条顺风向长度上位移响应具有不对称性,主梁横风向长度上位移响应与自身结构对称性一致;结构风致位移响应随着平均风速、光伏板倾角、风向角的增大而增大;负向风荷载作用下,光伏跟踪支架风振响应更剧烈,光伏板倾角从25°增大到35°时,支架的刚度会迅速降低,横向脉动风对主梁和立柱的位移响应影响很大。     

VED在控制高层钢结构建筑风振反应中的研究

研究了用于控制高层钢结构建筑风振反应的粘弹性阻尼器(VED)设计方法.通过计算整体结构的有效阻尼比,建立了设置VED结构抗风设计的风振系数和脉动增大系数的调整公式,得到了设置VED结构在顺风向和横风向的层加速度计算方法并以例子证明了VED是一种有效的耗能减振构件,它有效地减小了结构顺风向位移和横风向风振加速度.     

大跨索网结构风振系数分析

大跨索网结构广泛应用于工程实际,该结构的风振系数是结构抗风设计的重要参数。本文以双曲抛物面椭圆平面索网结构为研究对象,通过三维有限元风振响应时程分析,得到了索网结构在不同矢跨比、阻尼比下的风振响应特点和风振系数的变化规律,由此给出一些有意义的结果和结论。     

某火车站站台雨棚结构风振系数计算

对某火车站站台雨棚结构风荷载进行了数值研究,建立了火车站站台雨棚有限元模型,依据风速功率谱通过数值模拟得到雨棚表面测点风速时程及风压时程,对脉动风作用下的雨棚结构进行了风振反应时程分析,根据分析结果确定结构风振系数,为结构设计中风荷载计算提供依据.     

大跨柔性光伏支架结构风压特性及风振响应

大跨柔性光伏支架结构因具有良好的场地适应性和经济性而得到越来越多的应用。为完善此类光伏支架结构的抗风设计方法,通过对一种可变倾角的大跨柔性光伏支架结构进行刚性模型风洞测压试验,研究了光伏组件板面的平均风压和脉动风压系数在不同风向角和倾角组合下的分布特性以及全风向角下组件的极值风压变化规律,并给出了典型风向角下的脉动风压功率谱图。在此基础上,结合光伏组件的风压分布特点,采用ANSYS有限元软件仿真研究了该种柔性支撑光伏支架的风振响应并进一步计算得到了相应的风振系数。研究结果表明：在0°和180°风向角下,平均风压系数沿来流方向梯度分布且绝对值迅速衰减;随着风向角的增大,风压系数绝对值的最大值出现位置由迎风前缘向迎风端角部附近移动;光伏板面脉动风压分布与平均风压分布趋势类似;相比结构位移响应,钢索张力响应对风速变化不敏感,顺风向和竖向位移风振系数在U=8 m/s取得极大值,其值为2.11和1.98。本文可为光伏结构的抗风设计提供参考。     

某移动通信塔强风作用下抗倾覆分析

强风作用下某结构高耸的通信塔可能发生倾覆的问题,根据惯性风荷载法理论,采用数值风洞得到的塔体表面沿高度分段风压体型系数,考虑塔体前6阶振型的影响,得到强风作用下13个风向塔体风振响应计算结果.基于塔体风振响应结果,并考虑一体化机房上作用风力,对此通信塔进行抗倾覆研究.通过分析研究,得到了此通信塔抗倾覆最不利风向角为90°,移动基础安全设计重量为15.8 t.分析结果表明,计算方法可靠合理,同时也为通信塔类结构的风振和抗倾覆分析提供一种可参考的方法.     

脉动风作用下高耸塔结构风振响应研究

根据脉动风的特性对脉动风荷载进行模拟并验证其有效性,得到作用在高耸塔结构上的脉动风荷载时程样本。在此基础上,建立塔结构的空间三维有限元模型,采用时程分析方法计算塔结构的风振动力响应。结果表明脉动风作用下高耸塔结构顶部风振响应较大,因而需要采取有效措施抑制其风振响应。     

大跨开孔结构屋盖风致响应分析的多模态精细时程积分法

大跨空间结构在灾害天气时，风从孔口处涌入，屋盖容易在内、外压共同作用下产生破坏.结合模态解耦原理和精细时程积分法，提出了多模态精细时程积分法，并推导了大跨屋盖风致响应与风效应系数的计算公式.通过大跨屋盖刚性和气弹模型风洞试验，计算了屋盖的风致动力响应时程，其结果与有限元分析吻合，验证了多模态精细时程积分法的正确性.分析了大跨屋盖跨中位移平均值、位移均方根值和加速度均方根值的分布，得出了大跨屋盖风致破坏的机理，指出高阶振型对大跨屋盖结构的风致响应的贡献不可忽略.计算比较了在四周封闭和突然开孔2种情况下的荷载风效应系数和位移风效应系数，结果表明多模态精细时程积分法是一种高效、快速、准确的大跨屋盖风致响应计算方法.     

风荷载作用下LNG储罐混凝土外罐力学性能分析

为获得大型全容式LNG储罐混凝土外罐在风荷载作用下的响应特性,以有限元软件ANSYS为分析平台,针对一160 000 m3LNG储罐实际工程建立了静力风荷载及顺风向脉动风荷载作用下的精细化有限元模型.通过对比国外学者提出的傅里叶解析式表达圆柱体表面的风压分布和中国《建筑结构荷载规范》给出的旋转壳体周向体型系数,以及中美规范关于风压高度变化系数的规定,表明中国《建筑结构荷载规范》确定风压分布对结构影响更为不利;对比了不同风向下储罐外罐的内力及变形模拟结果,获得了各风向对储罐响应的影响程度及规律;采用拟定常假设,来流风速谱取Davenport谱,储罐外罐的风振响应分析结果表明:顺风脉动风荷载作用下,结构的位移及环向应力的变化趋势与静力风荷载作用下相近,但应力及位移的极值响应结果约为静力风荷载作用2倍;与静力荷载下储罐结构的响应结果对比表明,静力风荷载及顺风向脉动风荷载对LNG储罐混凝土外罐的受力及变形影响皆不大.     

塔式起重机钢结构疲劳寿命研究

该文提出一种基于有限元法的塔式起重机钢结构疲劳寿命估算的方法。首先建立塔式起重机有限元模型并计算静应力,再确定载荷时间历程。将塔式起重机所受的疲劳载荷划分为变幅载荷和冲击载荷。对于变幅载荷,采用现场观测数据并运用数理统计的方法,揭示出变幅小车在起重臂下弦杆的每跨轨道上运行的频数与起重臂的坐标成正态分布。以1d为1个周期,计算出变幅载荷的时间历程。对于冲击载荷,采用瞬态响应方法,得到主要工况下起升钢丝绳内的内力时间关系,获得冲击载荷的时间历程。将塔式起重机结构静应力值、变幅载荷时间历程、冲击载荷时间历程和材料疲劳属性输入MSC．FATIGUE软件,计算得到其钢结构的疲劳寿命。     

捞渣装置吊臂焊接结构改进

吊臂是铝电解捞渣装置的关键部件,也是主要承力部件,在实际工作状况下经常发生断裂。为此,建立了基于ANSYS Workbench的某型号捞渣装置吊臂的有限元模型,且进行了实际工况下的应力应变计算,并以此为依据对吊臂进行改进设计。改进后的吊臂结构的机械性能得到了明显的提升,其使用寿命也得到了较大的提高。     

大跨度幕墙体系的风振分析

大跨度结构计算风荷载时要进行风振分析,由于现行规范中对于风振系数的规定不适用于大跨结构,因而风振系数的计算成为大跨结构计算的难点。结合北京某大跨幕墙钢结构工程,同时采用了时域法和频域法进行风振分析,并对两者的结果进行了比较。分析结果表明,时域法和频域法求得的风振系数的分布趋势是完全一致的,在数值上也是比较接近的;时域法虽然计算量远大于频域法,但是能得到结构在风荷载作用下响应的全过程。通过用两种方法对大跨结构的风振分析,为实际工程的设计和理论分析提供了参考依据。     

长周期隔震结构的地震反应分析

采用等效线性化法和时程分析法,对4个周期不同的10层隔震结构进行等效线性化和时程分析,通过对比加速度反应谱,发现我国现行抗震设计规范中设计反应谱的长周期段反应谱偏大,并提出了隔震结构长周期段反应谱修正公式.对5层钢框架隔震结构模型进行振动台试验、数值时程分析、规范反应谱计算.结果表明,时程分析法的结果和振动台试验的结果比较接近,而按照规范反应谱的等效线形化方法计算出的结果与振动台试验的结果有一些偏差,加速度反应谱修正后结构的地震反应更加接近试验实测的结果,表明了新提出的反应谱取值在进行多质点隔震结构的地震反应分析时计算精度良好.     

国家体育场多目标等效静风荷载

针对大跨结构的风振响应特点,研究多目标等效静风荷载的分析方法,并采用该方法对国家体育场等效静风荷载进行了研究。该等效静风荷载分析方法的基本过程是：根据结构风振响应特性,选择风荷载的主要本征模态和结构主导振型惯性力作为构造多目标等效静风荷载的基本向量,根据最小二乘法,得到基本向量的最优组合系数,从而得到针对多个等效目标的等效静风荷载。国家体育场的分析结果表明：在所有风向下的风振响应中,背景响应远大于共振响应,其中0°风向和270°风向对结构最为不利;在针对多等效目标的等效静风荷栽作用下,所有关键位置的节点位移响应和支座反力都与实际动力响应极值吻合较好。     

特高压大跨越输电塔动力特性和风振响应分析

针对特高压大跨越输电塔跨越档距大、塔体高且负荷重的特点,从材料选取、导线排列方式、结构动力特性以及风振响应等几个方面对1000kV特高压双回路跨越输电塔进行分析,总结了所研究塔型的动力特点,对其风振系数进行了计算和讨论,并根据动力特性分析提出了结构设计中风振系数的取值方法。结果表明：风振系数具有较大的离散性,不同塔身高度应取不同的值进行计算;该方法为特高压大跨越输电塔的结构设计提供了参考。     

大型集装箱起重机的抗震性能分析

根据在地震载荷作用下大型岸边集装箱起重机出现的损坏形式,以我国第1台带有抗地震装置的岸边集装箱起重机为模型,建立带有抗震装置的岸边集装箱起重机的ANSYS有限元模型.采用委托方提供的地震波,计算起重机在抗震装置开启或者关闭的不同状态下的地震波弹性时程响应,分析起重机在地震过程中的跳轨现象以及抗震装置对起重机轮压稳定性的影响.依照相似理论对试验模型进行设计分析,得到试验模型外形尺寸、结构质量分布、刚度以及加速度的理论相似关系.并通过原型和试验模型的ANSYS有限元计算保证模型设计的正确性.最后,通过起重机相似模型的地震试验数据对起重机抗震装置的设计和性能进行了验证.为今后更多的大型港口设备的抗震设计、计算和分析提供了一条崭新的思路.