拱桥拱肋段缆索吊装状态时的风致响应研究

山区地形地貌复杂,受施工场地的限制,大跨桥梁施工多采取跨越能力强的缆索吊装法,但缆索系统轻柔的力学特性使其抗风问题突出。为掌握拱肋段缆索吊装过程中的风致响应特性,该文以某山区钢管混凝土拱桥为对象,首先通过有限元分析研究了缆索吊装体系在空载和吊重状态下的模态特性,讨论了拱肋段的动力学行为及影响因素;然后通过计算流体力学仿真模拟识别了不同拱肋段的气动力系数;最后通过瞬态分析计算了拱肋段缆索吊装状态时的风致响应。研究结果表明:当缆索吊装系统为吊重状态时,起吊索和吊重物在横桥向和绕竖轴扭转的风致振动现象明显;当吊装段由边跨向跨中行进时,其振动大小呈先增大后减小趋势;当吊装段下降时,除横桥向振动增大外,其余方向的振动均有所减小。

1000 kV特高压变电构架风荷载及风致响应

1000 kV特高压变电构架高度大、频率低,其风荷载及风致响应对结构设计起控制作用。通过高频天平测力风洞试验获得1000 kV特高压变电构架塔架节段(A~D节段)、横梁和整体模型的基底剪力和弯矩,分析地貌类型和风向角对体型系数的影响规律,并与国内外相关规范进行对比分析,利用有限元方法计算结构风致响应并详细考察不同地貌下结构位移响应及风振系数随风向角的变化规律。研究结果表明:0°风向时,模型节段A~D三类风场(均匀流、A类和B类)体型系数之比分别为1∶0.93∶0.42、1∶0.86∶0.36、1∶0.84∶0.41和1∶0.60∶0.23。90°风向时,整体模型在三类风场下的体型系数均取得最大值3.40、2.42和0.97,比DL/T 5154—2012和ASCE7—16规范值大24%~40%。此外,结构塔顶位置X和Y方向位移响应均方根值分别在90°和0°达到最大值69.66 mm和61.51 mm,塔顶典型节点X和Y方向风振系数分别在0°和90°风向取得最大值2.61和3.27。

井筒对特大跨越输电塔风致响应的影响

采用数值模拟方法研究井筒对特大跨越输电塔风致响应的影响,提出钢管混凝土杆采用钢管杆等代的等效建模方法,采用时域法和频域法研究有无井筒输电塔在顺线路和横线路方向的风致响应,最后将风振系数结果与规范规定值进行比较。研究表明:利用截面刚度等效原则进行钢管混凝土杆等效为钢管杆的方法是可行的;考虑井筒后输电塔的前两阶自振频率降低明显,输电塔的位移和加速度均增大;时域法和频域法的计算结果接近;有井筒输电塔的整体风振系数比无井筒输电塔大11%~15%;风振系数计算结果与《架空输电线路荷载规范》(DL/T 5551—2018)的规定值比较接近。

吊索材料对某大跨中承式铁路拱桥风致响应的影响研究

为研究钢吊索和碳纤维吊索对拱桥结构静动力性能的影响,以山区某大跨中承式铁路拱桥为研究对象,建立有限元分析模型开展非线性动力仿真分析,获取了主梁和吊索不同位置的振动响应,分析了吊索材料对拱桥构件风致响应的影响规律。结果表明:(1)基于等强替换的原则,将拱桥钢吊索更换为碳纤维吊索,主梁主导的振型频率增幅达3%~12%,吊索振动基频提升约27%;(2)与采用钢吊索相比,碳纤维吊索拱桥的主梁横桥向位移增大超50%,吊索自身的横桥向位移增大约60%,而主梁的竖向位移和吊索的顺桥向位移则大幅度减小;(3)不同材料吊索的风致应力幅差异不大,均接近3 MPa;(4)采用碳纤维吊索时,拱桥的风致响应频率相对集中,采用钢吊索时则较为发散,发生振动的可能性更高。

渐变附着式起重机风致响应及疲劳分析

起重机风载特性的研究有助于确定起重机的薄弱环节、制定附着杆的附着方案,从而提高其安全性。文章以SP7525型平头式起重机为原型,建立ABAQUS有限元模型,通过自回归Auto Regressive改进模型模拟了风速时程,采用雨流计数法并引入应力-寿命曲线处理应力时程,探索了渐变附着式起重机的风致动力响应及疲劳损伤规律。结果表明:塔吊附着杆的风致应力数值随塔吊高度的增加而增大,不等长附着状态下,FZG7-1、FZG7-2、FZG7-3的风致应力值分别降低了5.70%、5.17%、7.78%;平衡臂、起重臂以及接近塔顶处塔身的疲劳损伤度量级为10^(-9)~10^(-8);FZG n-1、FZG n-3相对FZG n-2的风致应力值分别增大了10.10%、23.15%,且疲劳损伤度增加了1~2个数量级;塔吊采用不等长附着形式具有更高的安全性。

考虑SSI效应的高耸烟囱风振系数计算和风致响应分析

为研究风荷载作用下考虑土-结构相互作用(Soil-structure Interaction,SSI)对高耸烟囱结构的影响,文章利用ABAQUS分别建立考虑与不考虑SSI效应的烟囱有限元模型,对两种工况下的模型进行结构动力特性分析,根据规范计算两种工况下的烟囱风振系数。通过对结构进行动力时程分析,比较不同刚度的地基土对烟囱结构的具体影响。结果表明:考虑SSI效应后,烟囱自振周期增大。高度越高,考虑SSI效应得到的烟囱风振系数与刚性地基时的风振系数相比偏差越大,在结构设计时考虑SSI效应可以更准确地计算风振系数。地基土刚度越小,烟囱上部结构的位移和加速度响应越大,在软土地基上的结构设计应当考虑SSI效应对高耸烟囱结构的不利影响。

树木气弹模型风致响应特性的风洞试验研究

为研究风荷载作用下树木的风致位移响应特性,揭示不同尺度阵风与树木风致位移的相互关系,基于满足主要相似要求的树木缩尺气弹模型,参照工程科学数据集ESDU 85020,在风洞中构建相应风场,通过同步测量风速、树冠中心位移和树干位移,开展了树干-树冠-风速三者之间的相互关系和时频特征研究。结果表明:树冠中心位移、树干位移、风速三者之间呈正相关关系,三者之间的互功率谱密度函数解释了其时域和振型特征;树冠中心位移和树干位移均以顺风向为主;树叶数量增加到一定程度时可以减缓树冠中心位移,但是不能减缓树干位移;树冠中心和树干位移的脉动特性主要受树冠频率控制,树冠中心和树干的风致位移响应主要受大尺度阵风控制,满足准定常假设。

高墩格构式支架风致响应和扭转效应分析

针对格构式高支架杆件长、直径小、整体结构轻极易受到风荷载影响的问题,采用有限元模拟的方法建立四腿和六腿格构式高支架精细有限元模型,并通过时域法对模型进行修正,得出格构式高支架在10级风荷载作用下的位移,获取风振系数并对扭转响应和扭转风荷载进行分析。结果表明,四腿单柱格构式高支架在10级风下纵桥向的最大位移为85.9 mm,六腿格构式高支架在10级风下纵桥向的最大位移为42.8 mm,精细有限元模型可以很好地模拟两种不同工况下风荷载对杆件的影响。

垂直循环类停车设备的风致响应简化分析

垂直循环类停车设备(vertical circulating mechanical parking system,VCMPS),是一种具有广阔应用前景的创新型机械式立体停车库结构,风荷载是VCMPS设计环节中的主要控制荷载。为提高车容量,大型城市中,VCMPS的应用呈现向高柔结构发展的趋势。然而,当前对其设计通常仅考虑第一阶振型对结构响应的贡献,低估了结构的风致响应,进而影响了结构的设计和稳定性;另一方面,基于时域或频域的结构响应分析较为繁琐,难以满足设计人员的简便性需要。为了尽可能合理且高效地对VCMPS进行抗风设计,针对VCMPS的风致响应简化分析开展研究。在现有规范基础上,进一步考虑更高阶振型对结构响应的贡献,实现对VCMPS风荷载标准值的合理确定,从而相对精确且快速计算VCMPS的结构风致响应。最后,将研究应用于一座9层VCMPS。结果表明:通常考虑前两阶振型的贡献,可大幅度提高该类VCMPS风致响应的计算精度,该方法可借鉴用于一般VCMPS的风致响应分析。

基于分离涡方法的标准CAARC模型流固耦合风致响应分析

为了研究流固耦合效应对高层建筑结构的风致响应影响,以标准CAARC(commonwealth advisory aeronautical research council)高层建筑模型为研究对象,基于CAARC模型的物理特性建立了气弹性模型,用一种新的湍流脉动流场产生方法(dis-cretizing and synthesizing random flow generation,DSRFG)生成入口湍流,采用分离涡方法对该建筑进行了单、双向流固耦合数值风洞模拟。将模拟结果与风洞试验结果进行对比。结果表明:结构的气弹特性与风洞吻合,分离涡方法在模拟非定常风场有较强的适用性和准确性。考虑了流固耦合的双向有限元模型与未考虑流固耦合的单向有限元模型,在流场和风致响应方面均有较大差异,流场方面,双向模型比单向模型有着更广泛的近尾流区域;响应方面,除阻力系数外,双向模型较单向模型响应有减小趋势,其中结构顺风向也更易受流固耦合效应影响。在较低的结构阻尼下,耦合效应产生的气动阻尼对结构响应影响较大,高层建筑流固耦合效应不可忽略。

强风下百叶窗翅片风致响应的风洞试验研究

为考察建筑工程中常见百叶窗翅片结构的抗风性能,通过1:1实物模型的风洞试验研究典型测点处的风致响应,获得百叶窗表面的风致响应分布规律及其随风速的变化特性。试验结果表明:风速43 m/s,即14级强风下,百叶窗抗风性能良好,翅片结构上各测点处风致响应分布不均匀,百叶窗边缘和中心加强杆附近的响应相对较小;极端强风下中心加强杆附近的响应迅速增加;风致响应随风速增加而增大,风速65 m/s时风振出现最大值,风速76 m/s时叶片将出现塑性变形和裂纹,最大不可恢复塑性变形量达21.6 mm;翅片阵风荷载因子变化范围为1.19~1.56。

多层冷弯薄壁型钢结构房屋风致响应试验

多层冷弯薄壁型钢结构房屋属于风敏感结构,为研究基本风压及风向角等因素对该结构房屋风致响应的影响,对某4层房屋缩尺气弹性模型进行了风洞试验。结果表明:随风向角增加,顶层侧移先增大后减小,风向角为90°时又增大,且为横风向振动所致,但仅当风压达到1.18 kN/m^(2)后顶层侧移才超限,在风向角为45°时各层层间侧移均超限;随风向角增加,加速度先减小后增大,在0°和90°时来流引起的横风向振动对加速度影响明显,当基本风压大于0.6 kN/m^(2)时,建议采用增加阻尼等措施减小加速度过大带来的振动问题;随偏角增加加速度呈非线性变化,功率谱中高阶振型贡献明显,在风致加速度响应计算中应对高阶振动给予更多考虑,且自振频率应避开加速度峰值段的频率。

脉动风作用下塔线体系的风致响应特性分析

塔线体系是输电系统的基础,风载荷作为塔线体系所受的主要载荷,在风载荷下塔线体系的结构安全分析十分重要。考虑脉动风载荷的影响,采用Kaimal风谱与谐波叠加法,拟合确定了脉动风速,并考虑了风速沿高度的变化情况。基于ABAQUS有限元软件,建立“四塔五线”的典型耐张段模型,分析不同风速、风向角对于塔线体系结构动力响应的影响机制。通过对杆塔塔头位移、杆塔底座支反力以及塔线体系的应力集中部位的分析得出:随着风速的增大,重力塔与张力塔在两个方向的塔头位移幅值增大;随着风向角的增大,张力塔在两个方向的塔头位移幅值增大;重力塔在垂直于塔线体系方向的位移幅值增大,沿塔线体系方向的位移幅值先增大后减小,在45°时达到最大幅值。杆塔的应力集中点基本位于杆塔的钢材集中处。

塔式光热电站定日镜结构风致响应与振动控制研究综述

光热发电技术是太阳能利用的重要手段之一,其中,塔式光热发电技术因其大规模储能等优势,具有较好的应用前景。定日镜作为塔式光热电站的重要单元,其抗风安全性直接影响电站的正常运行。从结构体系、风荷载、风致响应与振动控制等方面对定日镜结构抗风设计中的关键问题进行文献综述,得到以下结论:定日镜主要采用“大尺寸反射镜+框式镜架+独立柱式基座”的结构形式;风荷载模拟中存在定日镜的尾迹区湍流分析困难、镜体峰值荷载难以预测及缺乏实测值验证等问题;风致响应受来流风湍流强度、定日镜工作角度及镜场布置等因素影响较大;风致振动控制可通过挡风墙物理隔离、调整定日镜结构形式以及采用减振器控制等技术手段实现。然而,镜群风干扰效应、来流风—定日镜结构流固耦合及微振控制技术等研究有待进一步开展,以期为提高定日镜结构的抗风安全性提供技术依据。

基于物联网的超高支撑体系施工中风致响应分析

在我国基建日益发展的背景下,建筑结构形式趋向复杂,超高支撑体系在工地应用也日益广泛。但目前,针对超高模板支撑体系进行长期且有效的风致响应研究尚不充足,最普遍的测量法又存在诸多不便。因此,为研究在风荷载及上部施工荷载耦合作用下超高支撑体系安全性,以某工程中超高支模架为依托,利用物联网系统实时获取支模架偏移量变化情况。结果表明,超高支模架在耦合作用下偏移量存在明显波动,且暴露于风环境下的支模架偏移量明显大于未暴露的支模架。综上所述,该实测数据可为研究风荷载下超高支撑体系状态提供数据支撑。

细长矩形超高层建筑风荷载与风致响应特性

考虑周边建筑的影响,对一高宽比接近8的细长矩形截面超高层塔楼的风荷载和风致响应特性进行了分析。利用风洞试验首先获得了塔楼的表面风压时程及整体体型系数等参数,考察了体型系数沿高度的变化规律及与规范值的异同点。再将风荷载时程施加于塔楼各结构层,通过时程分析获得了各结构层的等效静力风荷载、顶层峰值位移和加速度等抗风设计参数,探讨了不同风向角下这些参数的变化特点及其与规范计算值的差异。结果表明,该细长超高层塔楼的横风向峰值加速度明显大于顺风向之值,且邻近高层建筑的存在未能对其形成明显减弱效应;但邻近建筑对塔楼的横风向等效风荷载有较大影响,由规范计算的横风向等效风荷载与试验值存在较大偏差,这与规范值未考虑邻近建筑的影响有关。可见此类细长超高层建筑的风荷载及风致响应参数采用考虑实际周边环境的风洞试验结果更趋合理。

考虑台风影响的大型风力机风致响应特性研究

与良态风场相比,台风场会显著影响风力机受力性能。为解决此问题,采用中尺度WRF和小尺度CFD对“鹦鹉”台风进行精细化数值模拟。并以某风电场5 MW大型风力机为分析对象,结合ANSYS软件重点对台风场和良态风场下风力机耦合体系风致响应、受力稳定性以及极限承载力等进行对比分析。研究结果表明:对比良态风场,台风作用使风力机表面三维气动力分布模式更加复杂,且明显增大了机舱-叶片-塔筒一体化耦合体系的结构响应,同时大幅降低了结构整体屈曲稳定和极限承载能力,主要结论可为此类风力机在台风环境下的受力预测提供参考。

附着式升降脚手架的脉动风风致响应分析

附着式升降脚手架在高空作业时主要承受风载荷,实际中风载荷是十分复杂的动函数。为了提升附着式升降脚手架在高空工作时的安全性设计水平,以河北唐山某地升至60 m高空作业时的附着式升降脚手架为研究对象,根据Davenport风谱在MATLAB中模拟了60 m高空的脉动风载荷,将模拟的风载荷值导入ANSYS对脚手架进行了脉动风致响应分析,得到在200 s脉动风激励时程内脚手架的顺风向最大位移为11.651 mm,该方法及分析结果对于工程中抗风设计具有很大的参考价值。

台风作用下输电塔线风致响应的分析与研究

本研究旨在分析台风作用下输电塔线的风致响应,并提供相关工程设计和风险评估的依据。首先基于台风实测数据分析了输电塔线的紊流强度和阵风因子的影响,其次进行了结构响应分析和风洞试验研究,研究了输电塔线在台风条件下的位移、应变、振动等响应特征。同时,进行了风致响应的安全评估,并提出了相应的改进建议和措施,希望本文的研究结果可以为提高输电塔线的抗风能力和可靠性提供指导。

考虑土-结相互作用大型风力发电结构风致响应分析

以南京航空航天大学自主研发的某5MW大型风力发电结构为研究对象,建立考虑叶片离心力的"叶片-机舱-塔架-基础"一体化有限元模型,并通过在基础和土体交界面上设置质量弹簧和阻尼器来考虑土-结相互作用(简称SSI)效应;然后基于谐波叠加法和改进的叶素-动量理论模拟考虑旋转和相干效应的风力发电结构脉动风场;最后进行风力发电结构的风致响应分析。结果表明考虑SSI效应的大型风力发电结构风振响应具有多振型响应和多模态耦合特性,叶片和塔架的风致背景、共振响应及其耦合项作用机理不同。研究认为SSI效应对大型风力发电结构的风致响应影响明显。