阻尼器对拉索风雨激振的控制效果研究

斜拉桥拉索风雨激振的机理目前还没有定论,人们采取了许多控制风雨激振的措施,在拉索端部安装阻尼器就是最常用的方式之一。在作者建立的三维连续拉索风雨激振理论模型的基础上,建立了阻尼器控制三维连续拉索风雨激振的新理论模型。首先研究了有限差分法中处理阻尼器产生的狄拉克函数的近似方法;然后进行了两端不在同一水平的带阻尼器拉索的自由振动分析;最后,采用准运动水线模型和运动水线模型,研究了阻尼器对拉索风雨激振的控制效果,详细分析了阻尼器空间位置、拉索垂度等对阻尼器控制效果的影响。     

来流湍流度对斜拉索风雨激振影响的理论研究

斜拉索风雨激振严重地影响斜拉桥的安全运营,而来流湍流度是影响风雨激振的一个重要因素。采用理论分析方法,研究来流湍流对斜拉索风雨激振响应的影响。引入2种类型的风场,首先,假设来流为简谐脉动风场,然后,采用谐波合成方法,将Kaimal风谱作为目标谱,模拟来流随机脉动风场。采用上述2种来流风场,在已建立的两质量三自由度理论模型的基础上,研究各种湍流度下拉索和水线的风雨激振振动规律。计算结果表明,当湍流度达到15%时,水线不能在拉索表面稳定地存在,风雨激振能得到有效的抑制;水线运动的脉动成分主要受来流风脉动成分的影响,拉索运动对水线运动有一定的影响,但影响较小;随着紊流度的增加,起振风速也增大。     

开合屋盖体育场风荷载特性试验研究

建筑立墙迎风面开孔时内部风压随开口处外压变化显著,使得屋盖所受净压显著增大,其测量值往往大于规范取值。而对于屋盖顶部开孔的建筑,其内部风荷载我国规范没有相应取值。为了进行开合屋盖结构设计和探讨屋盖顶部开孔对屋盖风荷载变化的影响,以1∶300的几何缩尺比制作了一个开合屋顶体育场的刚性模型,在B类地貌中对该体育场固定、活动屋盖的上、下表面进行了风洞测压试验,得到了屋盖上、下表面的体型系数、平均风压系数、脉动风压系数和极值风压系数。试验结果表明：活动屋盖的开启,可有效减小固定屋盖和活动屋盖的平均风荷载,引发整个结构承受向下的风荷载;活动屋盖开启将增大固定屋盖和活动屋盖的净脉动风荷载;活动屋盖开启将减小固定屋盖和活动屋盖的极小值风荷载,且固定屋盖上的最大极小值风压系数的位置往屋顶开口方向移动。     

缠绕螺旋线斜拉索气动性能的数值模拟

为研究螺旋线对斜拉索气动性能的影响,采用Fluent软件的LES模块对光拉索和缠绕螺旋线拉索进行数值模拟。首先,建立了光拉索和缠绕螺旋线拉索的数值计算模型,并在拉索轴向布置9个截面的风压和风速监测点;然后,采用Fluent软件的大涡模拟模块进行了数值计算;最后,在数值模拟数据的基础上,研究了螺旋线对拉索平均阻力系数、脉动升力系数、旋涡脱落频率、风压和风速的轴向相关性、绕流流场等的影响。研究结果表明:在风雨激振发生的雷诺数范围内,缠绕螺旋线能减小拉索的平均阻力系数;破坏规则的旋涡脱落,减小脉动升力系数,降低气动力在拉索轴向方向的相关性。     

基于非高斯仿真的风压系数极值计算方法

以多变量相关非高斯过程仿真方法为基础,发展了一种基于单次采样的多变量非高斯仿真极值计算方法。首先介绍开孔屋盖的风洞试验概况和多变量相关非高斯过程仿真的基本理论,对屋盖上一组测点风压进行了非高斯仿真,结果表明基于谱修正的多变量相关非高斯过程仿真方法得到的时程在功率谱密度,相干函数,高阶矩三方面与目标值接近,仿真效果较好,然后采用经典极值理论对多次仿真的非高斯时程进行极值计算,将该方法得到的峰值因子与以往常用方法的结果进行比较,结果表明:Davenport峰值因子法高估气流分离区左偏风压的正峰值因子60%,低估负峰值因子43%;Sadek-Simiu峰值因子法低估了高峰度风压的峰值因子50%;而基于单次样本进行仿真的非高斯仿真峰值因子法,其估计的开孔屋盖的峰值因子最为准确,与观察峰值因子总体上最为接近。     

泉州中芸洲海景花园建筑群体的干扰效应研究

制作了缩尺比为1∶200的泉州中芸洲海景花园9栋高层建筑的刚性模型,在其外表面布置足够的测点进行了同步测压风洞试验。试验得到了该9栋高层建筑表面的平均风压系数和脉动风压系数。利用风洞试验得到的风荷载数据,研究了该9栋建筑的风致响应,包括位移和加速度响应。结果表明:左右或下游建筑的影响可能会增大上游建筑的背风面"吸力";泉州中芸洲海景花园9栋高层建筑相互干扰效应主要表现为"遮挡"效应,其顶部加速度响应均小于规范限值,能满足人体舒适度的相关要求。     

斜拉索风雨激振中拉索和水线之间的耦合运动

斜拉索风雨激振严重影响到斜拉桥的安全运营,但其机理至今仍无定论.如何假定水线与拉索表面之间的作用力是建立风雨激振理论模型的难点之一.假定水线与拉索表面之间作用力包括库仑阻尼力和线性阻尼力,推导了拉索和水线的运动微分方程,建立了三维节段拉索风雨激振理论分析模型.采用数值方法对拉索和水线运动微分方程进行求解,得到了拉索和水线的运动规律.结果表明:拉索振动具有"限速"、"限幅"的特征,并能够采用拉索竖向气动力的突降进行解释;水线在拉索表面的平衡主要是气动力和重力之间的平衡,拉索运动产生的附加惯性力为水线往复运动提供能量,而库仑阻尼力和线性阻尼力则消耗能量阻止水线从拉索表面脱落.     

太阳电池板风荷载试验研究

太阳电池板被安装在室外采光发电,其安装位置所处的地貌类别和安装高度均千差万别,风荷载对其安全使用影响明显。对一全尺寸的电池板组模型进行风洞测压试验,得到面板上表面、下表面、净风压系数,研究电池板组端部敞开与否对面板风荷载的影响。结果表明:电池板组端部的敞开可有效地减小电池面板的平均风荷载,甚至引发整个面板承受向下的风荷载;面板所受最大吸力均发生在面板背风风向角,其中线经度方向平均风吸力分布随高度的减小而减小,面板展长方向迎风时,端部敞开时面板所受风荷载最小,以较小的吸力均匀分布,ASCE规范高估了面板分区风压系数;应用准定常理论可预估不同地貌类别,不同屋顶安装高度的电池面板脉动风荷载和极小值风荷载,其极小值风荷载与平均风荷载分布规律一致。     

连续弹性拉索风雨激振理论模型研究

假设水线与拉索表面之间存在着库仑阻尼力和线性粘滞阻尼力,建立了水线运动与拉索振动相互耦合的连续弹性拉索风雨激振理论模型。通过振型分解,获得了以拉索各阶振型表示的拉索振动方程和水线运动方程。采用龙格-库塔法对拉索和水线运动方程进行数值求解,得到了拉索和水线的响应。对计算结果的分析表明:当拉索大部分长度处于起振的敏感风速范围内时,风雨激振发生。此时水线在拉索表面形成,且大部分拉索处于竖向平均气动力系数突降区。拉索振动包含拉索多阶固有振型,且振型间相互转化。地面粗糙度指数和来流风速的大小对拉索的振幅和参振振型有重要的影响。     

大跨开合式屋盖峰值风压的试验研究

以1:300的几何缩尺比制作了一个开合式大跨屋盖体育场的刚性模型,在B类地貌中对该体育场进行了同步测压风洞试验。对活动屋盖开启和关闭工况下的屋盖表面净风压时程的随机特性进行了研究,结合概率曲线相关系数法对屋盖净风压时程在Gumbel、R-Weibull、Normal和Gamma四种候选分布中选择了最恰当的Gamma和Normal分布来描述测点的风压系数概率分布,进一步采用了转换过程法对屋盖测点的极值风压峰值因子进行了估计,并给出了极小值风荷载分布。结果表明:①转换过程法可以较好考虑风压的非高斯特性,能更安全地估计开合屋盖测点的极值风压;②固定屋盖的极值风压峰值因子在活动屋盖开启工况要稍大于活动屋盖关闭工况,其位置主要在固定屋盖屋顶口;活动屋盖极值风压峰值因子则开启工况小于关闭工况。③对于峰值风压,由于关闭工况下较大的平均风荷载,其极小值风荷载总体上仍大于活动屋盖开启工况。