斜风下斜拉-悬吊组合体系桥静风稳定性研究

采用斜风作用下结构三维非线性静风稳定性分析程序(3DNASA-SW),以主跨1400 m的斜拉-悬吊组合体系桥设计方案为工程背景,进行了斜风作用下的静风稳定性分析,揭示了斜风作用对斜拉-悬吊组合体系桥静风稳定性的影响。分析结果表明:与法向风情况类似,斜拉-悬吊组合体系桥的静风失稳为主梁竖向弯曲和扭转耦合主导的失稳形态,斜风作用不会影响其静风失稳形态;随风偏角增大,斜拉-悬吊组合体系桥静风失稳临界风速并非呈现如斜风分解法所述的余弦变化趋势,其最小值大多出现在斜风作用情形。程序与斜风分解法计算结果的差异率为-11.7%~2.9%,且以负值为主,斜风分解法将高估斜拉-悬吊组合体系桥的静风稳定性;斜风作用对斜拉-悬索组合体系桥的静风稳定性存在着正负影响,影响率为-4.7%~9.5%,尤其要注意非负攻角下较大风偏角斜风作用的不利影响。为准确预测斜拉-悬吊组合体系桥的静风稳定性,必须采用考虑静风荷载和结构非线性的斜风作用下结构三维非线性静风分析方法。

改善斜风下悬索桥施工期颤振稳定性措施研究

为确保斜风下大跨度悬索桥施工期的颤振稳定性,结合润扬长江大桥南汊悬索桥,采用斜风下大跨度桥梁三维精细化颤振分析程序,分析斜风下加劲梁由跨中至两侧桥塔对称架设过程颤振稳定性的变化规律,指出斜风下悬索桥颤振稳定性薄弱的施工阶段。在此基础上,提出并分析主梁由两侧桥塔至跨中对称架设和由跨中至两侧桥塔非对称架设两种方法对提高斜风下悬索桥施工期颤振稳定性的有效性,探索适宜的悬索桥主梁架设方法。研究结果表明:斜风作用会显著降低施工期悬索桥的颤振稳定性;主梁采用由跨中至桥塔方向拼装时,架设初期(拼装率小于20%)和中后期(拼装率为40%~80%)是悬索桥施工面临的两个颤振稳定性低谷期;主梁采用由两侧桥塔至跨中对称架设方法能显著提高主梁架设初期的颤振稳定性,而且整个施工期的颤振稳定性基本都能满足要求,总体平均增幅为34.2%;主梁由跨中至两侧桥塔非对称架设时,颤振临界风速并非随着偏心率增大而单调递增,呈现出先增大后降低的趋势,并在8.6%偏心率下达到峰值,在最优偏心率下施工全过程的颤振稳定性相比对称架设方法有显著提升,总体平均增幅为14.5%;从颤振稳定性角度而言,加劲梁采用由两侧桥塔至跨中对称架设方法最好,其次为跨中至两侧桥塔的非对称架设方法,传统的跨中至两侧桥塔对称架设方法最差。

斜风下斜拉-悬吊组合体系桥颤振性能研究

为了解斜风作用下斜拉悬吊组合体系桥的颤振性能,采用考虑静风效应和全模态耦合影响的斜风下大跨度桥梁三维精细化颤振分析程序,以主跨1400 m的斜拉悬吊组合体桥设计方案为研究对象,分析了结构动力特性和斜风作用下结构的颤振稳定性,并揭示斜风和静风效应对斜拉悬吊组合体系桥颤振稳定性的影响。研究结果表明:斜拉悬索组合体系桥是长周期的大跨柔性结构,自振频率密集分布,模态耦合效应强,具有显著的多模态耦合颤振特点;斜拉悬索组合体系桥的颤振临界风速随着风偏角的增大呈现波动起伏变化特征,并非如斜风分解法所述呈单调递增的变化规律,且主要在斜风情况下达到最低值;斜风和静风效应均会降低斜拉悬索组合体系桥的颤振稳定性,且静风效应起主要作用;斜风和静风效应使颤振临界风速的平均降幅分别达到1.53%和9.83%,而斜风和静风的综合作用则进一步降低斜拉悬吊组合体系桥的颤振稳定性,降幅平均值达到了13.8%。因此,斜拉悬吊组合体系桥颤振分析必须综合考虑斜风和静风效应及其产生的不利影响。

斜风作用下三塔悬索桥颤振稳定性研究

为了解斜风作用下三塔悬索桥的颤振稳定性,采用考虑静风作用和全模态耦合等因素的斜风作用下大跨度桥梁三维精细化颤振分析程序,对一座三塔悬索桥——泰州长江大桥开展了斜风下成桥和施工状态的颤振分析,探明了斜风和静风作用对三塔悬索桥颤振稳定性的影响。研究结果表明:三塔悬索桥成桥和施工状态的颤振临界风速随风偏角增大而起伏变化,且大多在斜风下达到最低值;斜风和静风作用均会明显降低三塔悬索桥成桥和施工状态的颤振稳定性,而斜风和静风的综合作用则会进一步劣化其颤振稳定性;斜风和静风作用基本不改变主梁架设过程颤振稳定性的演变规律,相较于成桥状态,斜风和静风作用进一步降低了主梁架设期三塔悬索桥的颤振稳定性,影响更显著。因此,三塔悬索桥颤振分析时须准确考虑斜风和静风作用的不利影响。

Validation of Chaviaro Poulos and Hansen Stall Delay Model in the Case of Horizontal Axis Wind Turbine Operating in Yaw Conditions

Operating in natural wind field, the horizontal axis wind turbines are subject to cyclical variation of aerodynamic loads. This cyclical loads fluctuation is a result of two aerodynamic phenomenon: the first one is the advancing and retreating blade effect;the second one is related to the cyclical variation of induced velocity at the rotor plane. In these operating conditions, the correct prediction of this load variation is necessary to predict some important parameters linked to the fatigue and stability of free yawing turbines. The main objective of the present study is the evaluation of the azimuthal variation of normal force at different radial positions. To model the problem, the blade element momentum theory is used and wind turbine is supposed operate in yaw conditions. The aerodynamic coefficients are corrected using Chaviaropoulos and Hansen model to take into account the phenomenon of stall delay. A computer code was developed to obtain the numerical values and results are compared with measurements performed in the NASA Ames wind tunnel.

塔式起重机塔身和起重臂的风载荷特征分析

定义风载荷系数表达式,完成塔机在均匀风场和B类风场下12个风向角的计算流体力学(CFD)数值计算,得到塔身和起重臂的体型系数、角度风系数和风压高度变化系数,并与国内外规范进行对比.结果表明:不同风向角下,塔身横风向风载荷可以忽略,而起重臂的横向风载荷必须考虑;塔身角度风系数计算方法与欧洲钢结构设计规范一致,但与我国起重机设计规范相差较大,建议以欧洲规范定义塔身角度风系数;塔身和起重臂角度风系数对风场特征不敏感;塔机气动外形的影响使得风压高度变化系数在不同风向角下不一致并表现出放大效应.塔机抗风设计可参考风载荷系数参数特征.

大跨度桥梁斜风作用下抖振响应现场实测及风洞试验研究

基于现场实测和全桥气弹模型风洞实验,对大跨度桥梁在斜风作用下的抖振响应进行了研究。在西堠门大桥上安装了GPS位移测量系统和加速度传感器,对桥梁在施工和成桥阶段的风速、风压和抖振响应进行了同步现场实测。然后设计1∶124的全桥气弹模型,进行了该桥在正交风与斜向风作用下的抖振响应风洞试验。对现场实测数据和全桥气弹模型风洞试验结果进行了对比分析,实测数据与风洞实验结果吻合较好。分析结果表明大跨度桥梁在斜风作用下的抖振响应幅值可能达到甚至超过同等风速正交风作用下的响应值。因此,大跨度桥梁抖振响应分析中考虑斜风的作用是非常有必要的。通过对本桥在斜风作用下抖振响应的现场实测和全桥风洞试验结果的研究,得出了一些关于斜风作用下大跨度桥梁抖振响应的有益结论。

酒杯型输电铁塔曲臂风荷载风洞试验研究

酒杯塔是1 000 k V特高压输电线路工程中的常用塔型,设计时曲臂风荷载计算存在使用模型不统一的问题,而目前还没有针对曲臂风荷载的专门研究。完成了15 m/s和20 m/s来流风速下酒杯型输电铁塔曲臂模型的风洞试验,得到了11种风向角下的风轴和体轴平均阻力系数,获得了曲臂模型迎风面、背风面体型系数和背风面风荷载降低系数η,分析了酒杯型输电铁塔曲臂角度风荷载系数和有效投影面积,将试验确定的曲臂风荷载计算参数与国内外规范值进行了对比分析,提出了酒杯型输电铁塔曲臂角度风荷载的设计建议。按中国规范"塔身"模型计算曲臂风荷载满足安全要求,风向角为90°时曲臂风整体风荷载取值偏于保守;风向角为45°、60°和90°时,按中国规范"横担"模型计算的曲臂风荷载远低于风洞试验值,将低估曲臂风荷载并使结构抗风设计存在安全隐患。

斜风下大跨度桥梁主梁三分力系数试验研究

制作了一套测力系统,测定了主跨为926 m的鄂东长江公路大桥在斜风下主梁的三分力系数,并把所得的结果与用传统的斜风分解法所得的结果进行了对比,发现二者不一致.这表明:基于用传统的斜风分解法得到的三分力系数进行斜风下大跨度桥梁主梁风荷载计算是不合适的,必须通过风洞试验实测斜风下主梁的三分力系数.

斜风场中基于加权距离差法的早期火灾源点定位研究

火灾早期阴燃状态下,释放热量少,却产生大量的烟气,而风场中烟气的传播除了受自身的各向同性扩散影响外,更主要是受外界风的影响。基于斜风场中的气体浓度衰减模型,利用空间分布传感器对火灾源点进行定位,并提出了一种加权距离差法来修正定位误差。该方法首先确定每个传感器对应的估计范围(集合),然后通过寻求所有集合的交集来估计出火源点位置。结果表明,该方法不仅能提高定位精度,而且克服了迭代算法难收敛问题,具有实现简单,运行稳定的优点。

斜向风作用下倒梯形桁梁桥气动力参数研究

为研究气动力参数对倒梯形断面公铁两用桁梁桥在斜向风作用下气动特性的影响,采用2种不同断面尺寸的倒梯形断面桁梁模型,针对成桥状态与施工状态,在大范围风偏角（0°-180°）与不同风攻角来流条件多种组合工况下进行风洞试验,测量其五分力系数,并将试验值与传统斜向风分解理论结果进行对比。试验结果表明：横桥向力系数最大值均发生在风偏角为15°左右时,顺桥向力系数最大值发生在风偏角为60°左右时;对于此类断面桁梁桥,横桥向风致响应计算时,横桥向来风时不一定是最不利来流,且顺桥向力不能忽略。对比风洞试验结果与斜向风分解理论表明,两者得出的顺桥向力系数与横桥向力系数的比值有一定的偏差。

斜风下扁平箱形截面桥梁颤振性能风洞试验研究

扁平箱形截面桥梁的颤振临界风速与风偏角的关系明显地受到风攻角的影响。在0°风攻角情况下,扁平箱形截面流线性好,其颤振性能与平板接近,颤振临界风速随风偏角的增加而增加,用传统的平均风分解方法可以获得较好的结果;而对于非0°风攻角的情况,扁平箱形截面的流线性变差,随着风偏角的增加其颤振临界风速呈起伏变化,最低值一般在斜风的情况下出现,此时,传统的平均风分解方法不再适用。

偏斜风对地物周边空间吹雪及积雪形成的影响

为考察偏斜风效应下地面结构周边地表积雪形态及形成机理,基于欧拉框架多相流理论,采用计算流体动力学(CFD)方法,模拟了不同来流风向下立方体建筑的特征绕流场,对比了地表侵蚀积雪预测指标的差异.研究结果表明:来流风向的改变影响模型周边近地流分离及附着的形成,决定了地表剪切状态,顺风体轴方向,风向角β的增大(0°≤β≤45°)使侵蚀极值位置总体后移,模型背风侧极值位置随风向的改变较迎风侧敏感;空间吹雪浓度分布受模型特征扰流及风向重分配效应影响显著,决定了当地沉积强度,横风体轴方向,靠近来流侧近地吹雪浓度始终大于出流侧,两侧浓度差随风向角β的增大(0°≤β≤45°)而增大.单位时间下地物水平正交方向的侵蚀沉积量随风向的改变呈现此消彼长的规律,风向对局部地表积雪形态的调整机制近似动态平衡.

复杂来流桥梁抖振内力多维线性回归算法

为预测复杂来流条件下桥梁结构抖振内力,从概率统计的角度出发,探讨了桥梁结构设计风速条件下风致振动内力和位移之间存在的可解耦的线性关系,建立了桥梁风致振动内力和位移之间的多元线性回归模型,完成了线性回归模型的显著性检验,证实了多维线性回归模型的可靠性和工程实用性.将建立的回归模型应用到以空间多角度偏、斜风组合作用条件下桥梁风致振动内力分析中,得到了复杂来流条件下桥梁抖振内力预测分析的解决办法.多维线性回归算法的提出有助于由桥梁气弹模型风洞试验直接测量得到的位移结果向内力响应精确转换,避免了采用繁琐的斜风作用理论直接推算桥梁构件内力的不足.

斜风下板桁结合加劲梁静气动力系数试验研究

以岳阳洞庭湖二桥为工程依托,采用风洞试验方法分别对板桁结合加劲梁成桥状态和施工状态横桥向三分力系数及顺桥向阻力系数随风攻角、风偏角的变化进行了试验研究,比较了不同长度补偿段模型对试验结果的影响,基于试验结果拟合了板桁结合加劲梁成桥状态和施工状态顺桥向阻力系数随风偏角变化表达式.结果表明:进行斜风作用下板桁结合加劲梁顺桥向气动力测试时,当补偿段模型长度约为测力模型长度的30%左右时基本可以满足精度要求;板桁结合加劲梁成桥状态和施工状态顺桥向阻力系数均随风偏角的增加而先增大后减小,当风偏角约为50°~55°时达到最大;板桁结合加劲梁横桥向阻力系数随风偏角的增大而先增大后减小,当风偏角为5°~10°时达到最大,约为风偏角为0°时阻力系数的1.05倍.

方形高层建筑风压脉动非高斯特性分析

通过风洞刚性模型动态测压试验对单体方形高层建筑脉动风压非高斯特性进行了研究.首先依据测点偏度和峰度及其概率密度函数图给出了高层建筑风压脉动非高斯特性的描述方式,然后分析了高层方形建筑脉动风压非高斯特性,最后给出了不同风向角下的非高斯区域.结果表明,风向角对结构非高斯特性的影响较大,对于直接受来流风作用的立面,其会同时出现正偏和负偏,而峰度值也相对较小,其主要以高斯区域为主,而受分离流和尾流综合作用的立面,该面均为负偏且峰度值相对较大,其主要以非高斯区域为主,当出现流体再附时,相应区域的负偏值会增大而峰度值则减小,导致非高斯区域过渡到高斯区域.

高雷诺数下二维对流扩散方程的自动迎风与斜迎风数值解

采用指数函数或幂函数作为自动迎风的权系数,建立高雷诺数(Re)下对流扩散方程的迎风格式。通过坐标系的旋转并变换计算角点的权系数,保持斜迎风效应。在此基础上,提出二维对流扩散方程完全9点格式,可用于任意曲线坐标网格。分析表明,随着Re的增大,格式不会蜕化成为简单迎风。经典型算例考验,方法是有效的。

斜风下典型桥塔抖振性能的比较

为了研究斜风中自立状态下桥塔的抖振性能,进行了倒Y型和钻石型桥塔的气弹模型试验,并对比分析了几种典型桥塔的抖振性能.试验结果表明:当桥塔横桥向结构为H柱时,抖振响应-风偏角曲线出现一个较明显波峰,且响应最大值出现在峰值处;当桥塔横桥向结构为独柱时,抖振响应-风偏角曲线变化较为平缓,没有明显波峰出现;当桥塔横桥向结构介于上述两者之间时,抖振响应-风偏角曲线出现一个波峰,但峰值较小.在不同紊流度和风速的流场下,桥塔抖振响应-风偏角曲线均具存在上述规律.同一风偏角下,桥塔抖振响应为风速二次曲线,但受涡振或驰振现象的影响.总之,斜风下典型桥塔抖振响应曲线与其横桥向结构形式、风偏角和来流风速有关,与紊流度无关.

角度风作用下角钢输电塔头风荷载风洞试验研究

对±1000 kV准东-华东特高压直流输电线路角钢塔的塔头模型进行了风洞试验,利用高频测力天平技术研究了塔头模型在角度风作用下的气动力特性。通过逐个拆除横担的方法(间接测量法),分别获得了塔头左右两个横担的气动力系数、角度风系数和荷载分配系数。结果表明:角度风作用下横担阻力系数的最不利风向角为10°,升力系数最不利风向角为30°;塔头左右两个横担的角度风系数在0°~75°风向角范围内比较接近,但在75°~90°风向角下处于下游横担的角度风系数明显小于处于上游横担的角度风系数;荷载分配系数不宜直接通过将角度风系数按风向角分解得到,横向升力的影响不可忽略;根据试验结果给出了角度风系数的拟合公式,可为实际工程设计提供依据。

高层建筑脉动风压的非高斯峰值因子方法

为了更好地确定建筑表面的设计极值风压,以具有"靴型"造型的复杂超高层建筑为例,研究非高斯峰值因子的计算方法.在风洞试验的基础上对各风向角下的风压系数时程数据进行三阶、四阶矩统计量分析,研究该复杂超高层建筑表面风压的非高斯分布特性.分别通过基于零穿越率的峰值因子法、改进峰值因子法、Sadek-Simiu法和改进Gumbel法对各风向角下风压数据的峰值因子进行估计,并在改进峰值因子法的基础上提出偏度非高斯峰值因子法.对各种方法的适用性及计算结果进行对比分析表明,改进峰值因子法在峰度小于3的情况下不适用;偏度非高斯峰值因子法与Sadek-Simiu法相比,两者的计算结果十分吻合.