高耸结构风荷载特性的风洞试验研究

通过风洞试验对椭圆截面高耸结构的风荷载特性及结构抗风安全性进行了系统研究。获得了结构表面风压分布规律,研究了高耸结构三维风荷载功率谱特性,评估了结构的三维等效静力风荷载并和规范结果开展了对比性研究,讨论了结构抗风动力可靠性。研究结果可为高耸结构的抗风设计和风洞试验提供技术参考。     

低层建筑抗风设计方法比较与研究

土木工程设计中,最有影响和最易引起工程结构失败甚至破坏的首推风荷载.最近几年风灾严重,尤其是风灾导致的低层建筑损失更是惨重.而国际上发达国家的风荷载规范则在不断变化之中,尤其是对轻型钢结构的抗风设计.因此本文有必要对各国低层轻型钢结构抗风设计方法进行研究.本文分别对中国、日本、美国等国家关于抗风设计方法进行比较,并针对风压系数计算一个实例,最后与风洞试验结果进行对照,对中国抗风设计方法进行研究与探讨.     

连续刚构桥超高墩的风荷载模型与抗风构造研究

为了对一座具有超高墩的预应力混凝土连续刚构桥在施工过程中的抗风性能进行分析,依据桥址处的风环境确定了上、下部结构区别对待的风荷载模型.在最大悬臂典型工况下与静风荷载进行了对比分析,并在此基础上对该桥的抗风构造措施进行了优化.结果表明:在文中构造的风荷载模型中同时考虑了风压廓线变化及冲击作用对超高墩单T结构的影响,其响应输出更能反映出超高墩具有的特殊风动力特性,同时增加的风撑横系梁构造能够显著降低风荷载下墩顶位移,值得同类桥型抗风设计中借鉴.     

大跨屋盖结构风压分布特性的风洞试验研究

为了满足某大跨屋盖结构的抗风安全需要,进行了结构风压分布特性风洞试验研究,分析了有无墙体时内部压力的改变对体形系数的影响,并将屋盖的体型系数与现行《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2001)进行了对比,试验结果不仅为该建筑物的抗风设计提供了可靠依据,亦对规范中体型系数的取值提出几点修正意见。     

基于Copula函数的建筑动力风荷载相关性组合

为了得到经济合理的抗风设计方案,提出一种基于Copula函数的高层建筑动力风荷载相关性组合方法.在某高层建筑模型高频动力天平试验(HFFB)数据的基础上,通过Copula函数和风荷载分量的边缘分布构建任意两分量的联合概率密度函数(JPDF),引入条件极值,计算二者的相关关系和组合值;利用各风向角下的组合值构建了最不利包络荷载组合,并以此为结构的设计风荷载.结果表明,该方法能够确定给定保证率下任意两风荷载分量的组合关系;以最不利包络荷载组合为设计风荷载能保证结构的抗风安全性.     

太阳能路灯光电板气动导风设计数值研究

针对沿海地区风荷载已成为太阳能光电板结构设计的主要荷载的情况,为了减少光电板遭受风灾破坏,提出以疏导光电板表面风压为目的的气动导风设计方法,从而变被动抗风设计为主动导风设计。采用CFD数值模拟的方法在光电板长边处设置不同高度的导风板,进而分析风压对光电板表面的影响,并通过比较给出导风板高度和角度设置的最优值。结果表明:采用导风设计方法能达到良好的抗风效果,同时所得结果可为类似结构的抗风设计提供参考。     

双层球面网壳的风振特性与等效静风荷载

对于网壳结构的抗风性能研究以往大多针对单层网壳,而实际工程中应用较多的则是双层网壳,因此,有必要研究双层网壳的风振性能和抗风设计方法.以实际工程为例,对双层球壳结构的风致动力响应特性进行系统研究,结果表明,对于刚度较大的双层球壳,脉动风响应以背景分量为主,结构对风荷载的动力放大作用可以忽略不计.在此基础上以脉动风荷载均方差作为基向量,提出一种不同于现行规范的等效静风荷载表达方法.     

输电线路中杆线结构的抗风监测技术

针对华南沿海地区输电线路经常遭受台风威胁这一事实,对10 kV输电线路中典型水泥杆线结构抗风监测技术开展了研究。首先,建立适用于杆线结构的抗风监测系统。接着,提出监测系统中的预警值确定方法,并建立杆线整体有限元动力模型,采用风一杆流固耦合模型将风速转化为风荷载,将风荷载作用于模型中确定风速预警值。最后,通过实际工程运用结果验证了提出的杆线结构抗风监测技术的正确性。通过研究表明:风对导线表面的作用力是不均匀的,通过风一导线流固耦合模型可以准确地将风速转化为导线上的风荷载;将风荷载作用于杆线整体有限元模型中得到的结构响应能够准确的反映结构的实际受力状态,可用于风速预警值的确定;提出的输电线路中杆线抗风监测系统得到了实际工程验证,可推广运用。     

悬挑环形廊桥的气动弹性模型试验

针对目前世界上最大悬挑环形玻璃廊桥的抗风设计,建立针对该类桥梁风效应的全气动弹性模型研究方法,以解决基于片条假定的经典桥梁风振理论无法应用于复杂风场下人行桥梁的三维风响应问题.该方法包括根据相似原理选择模型设计参数、针对复杂原型结构系统进行模型的工艺设计以及在风洞中模拟山地地貌造成的大攻角效应.这一方法还包括一种面向设计的计算方法,能够依据荷载效应求算静力等效风荷载分布.结果表明,提出的全气动弹性模型的试验与分析方法对解决复杂风场下复杂桥梁结构的三维风响应问题具有普遍适用性,不但能够提供满足这类结构抗风设计的气动稳定性、设计风荷载与风振加速度等各项参数,而且能够揭示这类结构风效应对结构参数的敏感度,有助于结构的优化设计.     

用PKPM进行钢筋砼排架结构抗风柱的设计

通过对排架柱与抗风柱在风荷载作用下受力模型的分析，归纳出两间的异同，从而找到了利用ＰＫＰＭ软件解决抗风柱设计问题的路子。     

利用人工植林削减古塔风荷载的风洞试验

高耸古木塔是世界建筑文化遗产的重要组成部分,也是中国古代木建筑的典范。外部风荷载作用是影响古木塔结构安全的重要因素,人工植林可改变古木塔的风场环境,实现削减风荷载作用并缓解风致结构损伤的目的。本文开展了古木塔的风洞试验研究,验证了人工植林技术削减古木塔风荷载作用的可行性。以中国山西应县木塔为原型设计并制作了1：50的大比例刚性木塔模型,开展了在树木遮挡下木塔的风洞试验,考察了木塔的表面风压分布特征。同时,计算了不同树木高度,树木距木塔距离和树木布置宽度等条件下木塔的层间力与层倾覆弯矩,并分析了基底剪力与弯矩的减小率。试验结果表明,在遮挡高度范围内,人工植林可有效减小木塔表面风压。同时在高于遮挡范围的侧风面与背风面,树木也会一定程度地降低木塔表面风压。人工植林树木高度是影响木塔风荷载削减效果的关键条件,树木越高风荷载减小效果越好。分析表明,人工植林应选择高大乔木,并布置在距木塔较近的区域,且树木布置宽度应尽量宽。本文通过风洞试验验证了利用人工植林削弱高耸古木塔的风压与风荷载的可行性,提供了缓解高耸古木塔风荷载作用及风致损伤的新思路,可为高耸古木塔的结构保护提供技术选择。     

海上风力发电机组塔架海波载荷的分析

由于海上风力发电机组的外界载荷条件比陆地上的风力发电机组更加复杂,因此在机组设计中要考虑到海上风机载荷条件.在研究海波性能和运动规律的基础上,给出了海水中的塔架载荷的计算公式;针对海上风力发电机组的结构特点,将研究的海波载荷计算方法用于风机的塔架载荷计算,以1.0 MW风力发电机组为例,对塔架所承受的海波载荷和风载荷进行了计算,经过对比分析可知,风载荷大于海波载荷并为同一数量级的载荷,因此,在设计中更应注意这两种载荷的耦合作用.     

输电线顺线路方向风荷载及分配模式

采用风洞试验,结合有限元分析方法,研究输电线顺线路方向的风荷载和作用模式;研发弧形输电线风荷载的风洞试验测试装置;获得2种典型垂跨比输电线的顺线路方向比例系数;通过2个实例对比输电线顺线路方向风荷载的3种分配模式,给出输电线顺线路方向风荷载和分配模式的建议. 研究表明,各国规范中只有中国规范给出了顺线路方向风荷载的规定;垂跨比为4%和8%的输电线顺线向荷载比例系数均低于0.15,中国规范取值（0.25）偏保守;按投影高度和按规范中拉索体型系数的分配结果基本一致;按弧长分配会比按其他2种方法获得更大的竖向位移和水平位移,增大幅度约为12%;顺线路方向的比例系数建议取0.10（常规输电线）或0.12（大跨越输电线）;顺线路方向的风荷载建议采用按投影高度进行分配.     

矩形高层建筑顺风向脉动风荷载空间相关性

为研究风场类别、结构特征尺寸及竖向间距等因素对矩形高层建筑顺风向脉动风荷载空间相关性的影响,采用矩形刚性模型表面压力同步测量试验,对顺风向脉动风荷载及脉动风速相干函数空间分布特性进行研究,对矩形模型表面脉动风荷载与脉动风速、迎风面与背风面脉动风压的相关性进行对比分析.根据试验结果,对传统脉动风速相干函数模型进行改进,提出了可计及风场类别、结构迎风面宽度及竖向间距等流场和结构参数的矩形建筑顺风向脉动风荷载相干函数表达式.结果表明:顺风向脉动风荷载的相关性要明显强于脉动风,当矩形断面长边迎风时,迎风面脉动风压相关性低于断面整体风荷载的相关性,背风面脉动风压的弱相关性在间距较小时并不能完全忽略,采用传统脉动风速相干函数模型可能导致脉动风荷载取值偏不安全.     

减小变速变桨型风电机组载荷的控制策略研究

在分析传统PID控制策略的基础上,提出了兆瓦级变速变桨型风电机组减载控制策略,考虑变增益和加滤波器控制,并基于风电机组专用软件BLADED的外接口,自主研发外部控制器,分析减载控制策略对整机性能、载荷的影响.结果证明,采用这种控制策略能有效地减小风轮上的载荷,使风电机组的运行更加平稳.     

某体育会展中心大跨屋盖系统风荷载试验

介绍了某体育会展中心会展馆和体育场的大跨屋盖系统模型风洞试验的概况和主要试验结果,分析了挑篷上平均风压和脉动风压的分布,讨论了脉动风压对总设计风荷载的贡献,并对比了计算围护结构风荷载的规范方法和统计方法;结果表明,正面迎风时,体育会展馆和体育场屋盖边缘的平均风压和脉动风压系数均较大,采用规范方法算得的会展馆围护结构风荷载大部分小于采用统计方法算得的数值,而用规范方法算得的体育场围护结构风荷载均小于用统计方法算得的结果。     

群体高层建筑静力干扰效应的定量分析

存在临近建筑的高层建筑的风荷载与其在孤立状态下相比会有较大的不同.在已有研究的基础上,采用相关分析方法对不同参数对两个和三个高层建筑间的静力干扰效应的影响进行了分析,由回归得到了一系列反映不同参数(包括施扰建筑宽度、高度和地貌类型)对静力干扰效应的影响定量结果,它大大地简化了考虑多参数变化干扰效应研究结果的繁杂程度,使结构受扰后的荷载估计计算更趋于简洁合理.这些回归关系具有较高的精度,它们和基本配置在B类地貌下的相应干扰因子等值分布,形成一个较为完整的静力干扰因子分布关系,可供规范应用和参考.     

规则巨型框架表面风压分布数值模拟分析

风荷载对于建筑物来说是一种非常重要的荷载,尤其对高层和超高层的结构设计起着决定性的作用.因此如何准确预测建筑物表面的风压分布,以便进一步研究风荷载对结构的作用就显得非常重要.采用风洞模型试验和数值模拟计算相结合的方法,对规则巨型框架结构的表面风荷载进行了分析和研究.结果表明,采用数值模拟计算,不仅能够满足规则巨型框架结构的表面风压取值要求,而且可以完整地提供建筑物周围的风场环境,可为很多研究提供参考.     

龙卷风作用及核电站结构极端风荷载相关问题研究综述

在结构荷载规范中一般均不考虑龙卷风荷载,但对于某些设防要求极高的重要工程设施,如核电站,则需要考虑可能的龙卷风荷载作用。从龙卷风风场理论模型的研究发展入手,对直接风压荷载的确定、风致飞射物间接作用以及特种工程结构核电站抗龙卷风设计的研究现状进行了归纳总结,指出了龙卷风直接风压计算中考虑轴吸力作用、风场平移运动及风致扭转作用的必要性以及飞射物冲击作用应区别弹体相对刚度及端部形态对作用效果的影响。     

复杂体型高层建筑表面风压分布及风荷载特性试验

以成都某复杂体型超高层建筑为研究对象,在大气边界层风洞中对其进行了单体建筑刚性模型测压试验,对模型表面风压的分布规律进行了讨论;利用随机振动理论在频域内计算了基础等效静力风荷载和结构顶部加速度响应,并将风荷载试验结果与中、日两国最新规范的计算结果进行对比分析。结果表明：复杂体型高层建筑表面风压的分布规律与常规截面高层建筑基本保持一致,但是受到建筑体型的影响,个别立面的风压分布会出现与中国规范规定值完全相反的结论;同时,在局部区域会出现比规范值偏大的结果,由风洞试验结果计算得到的顺风向基底剪力和弯矩均大于中、日两国规范的计算结果,且日本规范的计算结果要大于中国规范的计算结果。所得结论可为类似工程提供参考。