大跨越输电塔线体系风振控制

大跨越输电塔线体系是由导线和输电杆塔构成的结构体系。文章根据大跨越塔线体系的动力特性、塔架的振动特点,建立了考虑导线、绝缘子和塔架3 种构件组成的塔线耦合体系的非线性计算模型,并进行了动力特性分析。研究采用调频质量阻尼器(TMD) 以控制塔架第一振型振动,采用多个粘弹性阻尼器(VED) 用于增大塔线体系阻尼,减小塔线体系振动。两者联合对大跨越输电塔线体系进行风振控制,可使其响应最大值减小10 %～20 %。     

考虑叶片桨距角和干扰效应的大型风力机体系风致效应研究

以某5 MW大型风力机为对象,首先基于大涡模拟(LES)技术进行考虑不同叶片桨距角影响的大型风力机体系非定常流场和气动力模拟,并与规范及实测结果进行对比,验证大涡模拟的有效性。在此基础上,结合有限元方法系统分析不同叶片桨距角下风力机塔架-叶片耦合体系的动力特性、风振响应、屈曲稳定性能和极限承载能力。研究表明:0°叶片桨距角下塔架显著干扰区段迎风面0°处出现负压,叶片顺风向位移响应极值最大值为3.98 m。随着叶片桨距角的增大,塔顶径向位移、各叶片顺风向位移和叶根剪力的均值和均方差均呈逐渐减小的趋势,且叶片桨距角在30°～50°范围内出现显著变化。叶片桨距角为0°时风力机体系风致响应最为不利,当叶片桨距角为90°时,体系屈曲性能和极限承载力最为不利。     

海上风机灾害分析及健康监测技术综述

  [目的]  风能是近年来飞速发展的可再生新能源。在过去的20年中,风机总装机量在全球范围内有了大幅度地增长。由于暴露在恶劣的自然环境中,海上风机尤其容易受到多种灾害的共同干扰。针对常见灾害对风机结构的影响进行了系统性地总结分析。  [方法]  首先介绍了强台风和中度台风引起的风机叶片破坏和塔架整体倒塌的事故,对事故现象及分析方法做了初步探讨。除此之外,考虑中国作为地震多发带以及特殊的海上环境,对海上风机在波浪和地震荷载作用下的动力响应及灾害预测也进行了系统阐述。针对台风、地震和波浪的不同荷载模拟方法,包括考虑线性和非线性特征的不同数学模型,在相关研究领域被相继提出;相应的风机结构损伤分析也包括了动力学常见的时域分析和频谱分析。  [结果]  通过采取不同灾害指标,对于不同荷载及工况下的分析表明,极端风速是影响风机结构安全性的最关键因素。随着结构健康监测技术在土木基础设施中的成功运用,其重要性实用性日益受到关注。  [结论]  系统阐述了土木结构健康监测的原理,成功实例,以及相应的传感技术。并进而介绍了健康监测技术在风电领域的发展与应用。有些局部损伤探测已经被工业领域成功实施并取得了良好的效果。值得注意的是,过往的研究主要集中于对风机局部构件的健康检测方法。针对风机结构稳定性安全性的整体检测将会是未来研究工作的重点。     

人行天桥结构振动舒适度定量化与振动特性实测研究

人行天桥的结构设计中影响行人舒适度的动力特性指标主要有自振频率和受激励时的振动加速度,但实测数据较少。以北京21座正在使用中的人行桥为调查对象,对人行桥进行加速度时程测量的同时,随机对通行行人进行关于通行舒适度的问卷调查,共获得1 053份调查问卷。还在无行人干扰的情况下,对各人行桥进行了多种行人工况下的动力反应实测。通过对实测数据的分析,研究了行人激励下最大加速度与均方根加速度的相关关系、单人行走激励反应与人群行走激励反应的关系、人行桥自振频率与跨度的关系。结合问卷调查结果,定义了行人有感系数和舒适度系数,分别研究了这两个定量化的振动舒适度指标与自振频率的相关关系和与峰值加速度的相关关系。研究发现,这两个指标与人行桥一阶竖向自振频率相关性并不强,而与峰值加速度间有较明确对应关系,并拟合得到了有感系数-峰值加速度相关曲线和舒适度系数-峰值加速度相关曲线。从而可对人行天桥的振动舒适程度进行定量表达,并与结构的加速度反应建立了对应关系。以上结果为人行桥的振动舒适性的基于性能设计提供了基础。     

大跨越输电塔线体系动力特性及风振响应

以正在建设中的世界第一高 3 46 5m的输电塔———江阴大跨越为工程背景 ,建立了考虑输电线、绝缘子和塔架耦合的两塔三段线分析模型 ,用非线性有限元分析方法对大跨越塔线体系进行了风振响应分析 ,并进行了气动弹性模型风洞试验。通过理论计算和试验研究 ,指出输电线对塔架的自振频率影响较小 ,而结构体系风振响应分析则应考虑塔线耦合影响 ,提出的分析方法和得到的结论可供实际工程抗风设计参考     

大跨越输电塔线体系风振控制研究

本文通过模型风洞试验和对江阴大跨越输电塔线体系风振控制设计计算,研究了大跨越输电塔线体系动力特性和风振控制。通过悬挂水箱、粘弹性阻尼摆和悬挂水箱加粘弹性阻尼摆组合控制三种制振方案的气弹模型风洞试验研究,验证了设置振动控制装置可有效地减小大跨越输电塔的风振响应,为江阴大跨越工程风振控制设计及应用提供了依据。最后,对正在建设中高346.5m的江阴大跨越输电塔线体系进行风振控制设计,提出用调频质量阻尼器(TMD)和粘弹性阻尼器(VED)的控制方案,理论计算表明具有较好控制效果。     

隔震结构震后复位能力研究

隔震技术是在上部结构与下部支承结构或基础之间设置隔震层,通过延长结构周期并增加阻尼的方式,减少地震能量向上部结构传输从而保护上部结构,是高烈度地区减轻地震灾害最有效的方式之一。由于隔震层的刚度较小,隔震结构的变形绝大多数集中在隔震层。在强震或强风作用下,隔震装置虽然能够很好地满足大变形的需求,但是变形结束后,隔震装置在某些地震作用下很难自动复位到初始状态。隔震层明显的残余变形可能会导致主体结构正常使用功能的中断,并且难以保证隔震装置在多次余震或未来地震中继续发挥作用,从而对社会经济的发展带来严重的影响。如何提升隔震支座变形后的复位能力,是隔震结构设计的关键问题之一。本文首先介绍了传统隔震支座在地震与强风作用下复位能力不足的表现,总结了当前设计规范中对隔震支座复位能力的规定,阐述了提升隔震支座变形后复位能力的方法。基于此,以超弹性形状记忆合金（SMA）良好的变形自恢复能力为基础,结合铅芯橡胶隔震支座（LRB）,提出了新型自复位隔震支座（SMA-LRB）。通过压剪往复加载试验,对比了传统LRB与SMA-LRB的力学行为。对基于不同规范限值的LRB以及SMA-LRB的单自由度体系进行非线性时程分析。结果表明,在满足规范设计的情况下,LRB隔震体系在震后仍可能出现较大的残余变形,而SMA-LRB隔震体系则表现出良好的震后复位能力。