750kV变电站构架柱顶避雷针及地线柱结构风洞试验研究

变电站构架柱顶避雷针及地线柱是对风荷载极为敏感的高耸结构,其风致振动破坏对变电站的安全运行影响很大。针对某750 kV变电站构架柱顶避雷针结构进行了气动弹性模型风洞试验,获得了模型结构的动力特性、高风速下顺风向风振响应和低风速下横风向风振响应以及结构的分段风振系数,经与现行相关设计规范的风振系数计算值、有限元时程分析数值对比,表明现行规范对这类结构的风振系数存在低估的风险。     

格构式塔式起重机风致响应研究

为研究格构式塔式起重机在强风作用下的风致响应特征,建立1∶1结构有限元模型,结合谐波合成法模拟不同高度处的风速时程,并作为结点荷载作用于有限元结点上,计算得到塔式起重机不同结点处的风致加速度响应,基于加速度响应时程得到不同节段风振系数。研究结果表明,塔式起重机模态振型密集,属于风敏感结构;塔顶最大加速度响应发生在0°风向角,达4. 1m/s2;塔臂加速度响应发生在斜向风作用下,0°风向角最小;数值计算得到最大风振系数为2. 31,与规范值(2. 24)较吻合。     

500kV全联合构架风荷载影响分析

在对500kV变电站内500kV全联合变电构架进行受力分析时,依据《建筑结构荷载规范》计算得出了结构的风振系数βz并判断其合理性。利用通用有限元程序STAAD/CHINA,计算得出不同风向时500kV全联合变电构架的受力情况及风荷载产生的内力占总内力的情况,从而为500kV全联合变电构架及其类似的结构的风荷载计算提供参考。     

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%。     

高层建筑基于风速风向联合概率分布作用的风致响应可靠度分析

为研究高层建筑多风向风致加速度满足人体舒适度要求的可靠度,推导了以结构顶部加速度响应均方根值表征的近似解析表达式,建立了风速风向联合分布的概率模型。并以广州西塔高层建筑为算例,结合其工程气象分析及风洞试验等相关资料,通过随机振动理论和曲线拟合方法,得到其在主要风向角下风致顶部加速度响应均方根值与10 m高度平均风速的拟合表达式。在此基础上,考虑平均风速服从Weibull分布,阻尼比服从正态分布条件下,基于条件概率,采用验算点法对此高层建筑在考虑风速风向联合概率分布情况下,满足重现期10年的顶部风致加速度响应(舒适度)要求的可靠度进行了分析,表明结构顶部重现期10年风致加速度失效概率在各方向有明显差别,说明考虑风速风向联合分布的风致结构舒适度失效概率计算的必要性。采用本文的验算点法对本算例高层建筑的可靠度分析,结果表明其对应重现期10年的考虑风速风向联合概率分布情况下满足舒适度要求的可靠度值达99.98%。     

双层柱面网壳结构的风振响应研究

柱面网壳结构在实际工程中的应用以双层网壳居多,且属于柔性结构,其在风荷载作用下的风振响应不容忽视。本文以某实际双层柱面网壳结构为背景,建立有限元模型,进行模态分析之后在频域中采用风洞试验获取的A类风场条件下结构表面风荷载数据进行风振位移响应计算,给出了峰值位移响应随风向角变化的结果。结果表明:在试验风向角90°-180°范围内150°风向角是该结构的位移响应控制性风向角。     

广州西塔风效应研究

广州西塔高432m,是目前华南地区的最高建筑,风荷载是该超高层建筑的控制荷载。采用同步多压力扫描系统(SM-PSS)对其进行多点同步瞬态测压试验,并结合完全二次型组合(CQC)方法和扩展的荷载响应相关(ELRC)方法对其进行风振响应分析和等效静风荷载(ESWL)计算。分析了不同风剖面取值方式、结构模态阻尼比、峰值因子等参数对西塔风致响应的影响,同时也分析了待建的东塔对西塔的干扰效应。结果显示:采用不同风速分布模型计算得到的风荷载可能会产生38%的差异;由于横风向效应,结构在控制性风向的风致响应、荷载和结构模态阻尼比的均方根成反比;待建东塔的干扰影响会使西塔的100年重现期基底弯矩、50年重现期结构位移和10年重现期峰值加速度分别增加9%,37%和75%。     

用于结构风致疲劳分析的风速风向联合分布函数研究

风速风向联合分布是风荷载基本的特征之一,在进行结构风振疲劳寿命或者风振可靠性分析时,需要先求得建筑结构所在位置处的风速风向联合分布函数.本文在已有研究的基础上对风速风向联合分布函数进行进一步研究.根据气象站位置和建筑物位置处梯度风速相同,并假设以上两个位置处风向相同,提出了由气象站位置处的风速风向联合分布函数得到建筑物位置处联合分布函数的方法.本文以广州气象站测得的气象资料作为分析实例,所得的结果可为结构风振疲劳寿命或者可靠性分析提供参考.     

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。     

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。