矩形钢管混凝土束风机塔筒风振特性研究

随着风电资源优势区开发逐渐饱和,风电开发的重心开始向风资源条件相对恶劣的低风速地区转移,分布式、大功率、高塔筒和长叶片已经成为风电行业发展趋势。基于此提出了一种新型的矩形钢管混凝土束风机塔筒,该塔筒由矩形钢管混凝土束拼接而成,具有强度高、刚度大和耗能能力强的优点。为研究该塔筒结构的风振响应特性,选用Kaimal脉动风速功率谱,采用谐波合成法模拟风荷载时程曲线,对其进行了动力时程分析,并计算了风振系数及等效静力风荷载。结果表明:该新型塔筒在额定风速下位移塔顶位移最大值为911.84 mm,对应的水平位移角为1/154,符合规范要求。塔筒各构件的强度较好,且具有较大的安全富余度。基于位移等效的阵风荷载因子法计算得到的风振系数值较低;在惯性风荷载法计算得到的等效静力风荷载作用下,结构位移、基底剪力与结构随机振动分析得到的基本一致。

柔性摩天轮结构抗风性能研究

以福建某摩天轮结构为研究对象,使用ANSYS对其进行抗风性能研究。首先,采用线性滤波法数值模拟脉动风速时程;然后,考虑在节点挡风面积的影响下,进行时域内风荷载的模拟;最后,分别在顺向风和横向风2种荷载工况下进行摩天轮结构的风振响应时程分析。研究结果表明:摩天轮结构的中上部对风较敏感;横向风对结构的影响均符合规范要求,且最大加速度为160 mm/s2,顺向风的加速度值波动较大,在个别时刻超过200 mm/s2,超出乘坐舒适度的要求,可考虑在轿厢连接处安装阻尼器来减少振动,也可考虑实施振动控制;在顺向风的影响下,加速度值在摩天轮结构5.3 m处到38.4 m增加较快,从38.4 m处到85.4 m增加比较缓慢,这也表现出柔性结构的特点。

合肥电视塔人造脉动风荷载的仿真计算

根据随机振动理论 ,分别按照星谷胜和M .Shinozuka方法对合肥电视塔顺风向脉动风荷载进行了模拟 ,并对其进行了检验 ,得出了符合合肥电视塔动力特性的人造脉动风压时程样本 .并利用所得到的脉动风压样本对电视塔进行了顺风向响应分析 ,分析表明 ,该塔在脉动风荷载作用下 ,上塔楼的最大风振加速度响应超过了人体舒适度的要求 。

附着式整体升降脚手架的风荷载研究

风荷载是脚手架抗风计算的主要设计荷载之一,对脚手架进行风速时程模拟可以更直观准确地了解脉动风作用下脚手架的动力特性。在考虑脚手架节点间风速时程的时间和空间相关性的基础上,选用Davenport谱和线性滤波法中的自回归(Auto-Regressive,AR)模型推导出四阶AR模型的参数表达式来模拟脚手架的风速时程。通过比较模拟风速功率谱与目标风速功率谱的吻合程度,实现了脚手架风速时程的精确模拟。对所得到的风荷载时程曲线进行分析,为实际工程中脚手架的风振分析提供了参考依据。

脉动风作用下特高压绝缘子串的风偏特性

特高压线路比较低电压等级线路来说，具有绝缘子串更长，地理跨度更大，绝缘子串的动态风偏特性将更为突出的特点。建立了4档绝缘子串-导线整体数值模型，模拟了脉动风的风速时程曲线，通过改变风速、垂直荷载、导线型号和单/双联绝缘子串等因素，系统地研究了脉动风作用下特高压线路绝缘子串的风偏特性。结果表明：不同条件下特高压线路风偏角脉动响应系数β大致在1.1～1.2变化。风速一定时，绝缘子串风偏角随着导线截面增加而减小，在进行特高压线路绝缘子串风偏角计算时，双联复合、盘形绝缘子串可以简化为对应型号的单联复合、盘形绝缘子串。

大跨干煤棚网壳风振时程分析和等效静风荷载研究

以某热电厂大跨干煤棚网壳工程项目为背景,对开敞干煤棚网壳结构进行风洞测压试验。基于风洞测压试验所得的脉动风荷载时程数据,开展大跨干煤棚网壳风振时程分析。分析不同风向角下是否堆煤对该开敞干煤棚网壳结构风振响应的影响。研究了基于时程计算结果的大跨屋盖结构等效静风荷载计算方法,分析比较几种常用的风振系数计算公式及其与峰值因子的关系。研究结果表明:考虑Weibull分布峰值因子的局部轴力风振系数能够用于确定合理有效的等效静力风荷载,实现大跨干煤棚网壳结构风振响应的静力等效,且便于工程应用。

基于改进的线性滤波自回归模型法的大跨空间结构风荷载模拟

为了准确模拟大跨空间结构的风荷载,提出了改进的线性滤波自回归模型(Auto-Regressive model)法。该方法基于传统线性滤波自回归模型,通过高斯-赛德尔(Gauss-Seidel)迭代法求解大跨空间结构风荷载模拟中的回归系数矩阵,进而对大跨空间结构的风荷载进行模拟。结果表明:改进的线性滤波AR模型法解决了自由度过大导致的回归系数矩阵不正定的问题;能够有效地模拟具有空间相关性、时间相关性的节点脉动风速时程,模拟精度、速度和计算稳定性均满足实际工程应用要求。

输电塔脉动风荷载功率谱模型及时程模拟

基于风洞试验得到输电塔线性一阶广义荷载谱,推导了输电塔顺风向、横风向基本脉动风压功率谱公式,给出了输电塔顺风向、横风向任意阶广义荷载功率谱及分段脉动风荷载功率谱公式.基于此功率谱,应用谐波叠加法,建立了脉动风荷载时程数值模拟方法.脉动风荷载功率谱不仅与来流的风速、风速谱、气动导纳有关,还与地面粗糙程度、塔架构件的投影面积及沿高度分布情况、压力系数等有关,广义荷载谱还与振型有关.以一窄基输电塔为例,用Matlab语言编程,计算了广义荷载和分段风荷载功率谱,模拟了脉动风荷载时程.算例分析表明,输电塔抗风分析中,横风向脉动风荷载虽然比顺风向小,但远没有到可以忽略的程度,建议考虑横风向脉动风荷载功率谱或施加横风向荷载时程.

计及微振磨损与风雨荷载的输电线可靠性建模

输电线长期受风导致的振动引起股线间微振磨损,而外部强风雨荷载的冲击进一步加剧了磨损程度,导致断股、断线事故风险显著增加,因此对经受长期微振磨损的输电线在强风雨荷载冲击下的可靠性模型进行研究具有重要实用价值。基于微振磨损的理论模型建立了ACSR的结构强度时变模型,在考虑微振磨损的基础上计入强风雨荷载的影响,结合输电线强度和永久荷载的随机特性,建立输电线时间相依可靠性模型。所提时间相依故障概率模型可以对输电线断股、断线风险进行准确预测并实现恶劣天气下的输电线风险预警。算例结果表明,微振磨损会显著降低输电线的结构可靠性,而强风雨条件下的雨荷载则进一步加剧了事故风险。

下击暴流风荷载的数值模拟

下击暴流是危害输电塔等高耸结构安全的主要强风荷载。由于目前缺乏实测的下击暴流相关数据及其统计特性,因此在前人基础上探讨了下击暴流强风荷载的数值模拟方法。在将下击暴流分解为一个确定的时变平均成分和一个调制非平稳的脉动成分的前提下,研究了平均成分的特点和模拟方法,并采用引入FFT变换的改进的谐波叠加法来模拟调制非平稳的脉动成分。最后模拟了作用在某输电塔结构上的下击暴流荷载时程。

直立锁缝屋面体系固定支座的有效静力风荷载

针对强风作用下直立锁缝屋面体系多发生固定支座脱扣破坏现象,综合考虑固定支座受力的实际影响范围和屋面脉动风力的空间相关性,提出了固定支座有效受风承载面积的计算方法.基于刚性模型同步测压风洞试验测得的双坡屋面表面风荷载时程数据,建立了考虑风荷载传递路径的直立锁缝屋面体系有限元模型.基于理论分析和动力时程分析,通过相对传统风荷载从属面积的放大系数合理取值,将有效受风承载面积的概念引入到固定支座的有效静力风荷载估计中.计算结果表明,采用建议的修正方法得到的固定支座所受风荷载值可以包络实际风致动力响应的极值,且表达形式简洁,方便工程设计使用.

柔性支承点支式玻璃幕墙的抗风设计与分析

为了正确评价柔性支承点支玻璃幕墙的风振响应,通过风模拟而生成一系列准静态荷载,与非线性有限元方法相结合,建立了一套时程分析方法,并对照频域分析的结果,验证了该方法的可行性。依据一个实际工程两种设计方案的分析比较,对点支玻璃幕墙抗风设计中风振系数的确定提出一些建议,供设计参考。

风雨荷载耦合作用下索桁架体系点支式玻璃幕墙的动力响应研究

应用谐波叠加法模拟了脉动风速时程曲线,进而得到了脉动风荷载;通过马歇尔-帕尔默指数分布的雨滴谱及脉动风速得到了脉动雨荷载;利用ANSYS对索桁架体系点支式玻璃幕墙进行动力风荷载和雨荷载耦合作用下的时程分析,研究在风雨荷载共同作用下雨荷载对幕墙的影响。结果表明:雨荷载占总荷载最大比重随风速级别和降雨量的增加而增加;且雨荷载占总荷载最大比重为5.8%,极值雨情况下为12.4%。

大跨拱形结构等效静力风荷载

基于计算流体动力学(CFD)方法和有限元动力时程分析法,数值模拟脉动风特性,获取脉动风速时程,以此作为数值风洞模拟的入口边界条件.运用FLUENT软件对大跨拱形结构进行脉动风作用下结构的非稳态分析,得到作用于结构的时程风压荷载;运用ANSYS分析软件进行结构的风振响应计算,分析获得了基于结构风振响应时程的等效静力风荷载.提出多目标等效静力风荷载加权组合系数的定义,计算获得了大跨拱形结构的多目标等效静力风荷载,并验证了其计算精度.研究结果表明,在基于该方法所得等效静力风荷载作用下,结构静力响应计算结果与风振动力时程响应极值吻合.

张拉整体塔结构风荷载时程模拟及风振分析

为研究张拉整体功能性建筑,比较分析了5种不同的风速功率谱函数,得知张拉整体塔结构的风荷载计算在一定高度内可以不考虑风速谱的变化;模拟了张拉整体塔结构不同高度处的风速时程,并转化为风荷载时程;对在465 MPa初始预应力状态下的结构进行了风振分析,得知其风振响应较小;比较分析了不同初始预应力下结构的风振响应,得知3种杆件的动静比都随预应力增大而增大,在一定范围内的不同初始预应力下结构各节点最大位移基本相等.

高层建筑结构风振时程分析软件的技术研究

高层建筑风振舒适度已受到普遍关注,目前常采用规范的经验公式和风洞模型试验实测计算。但随着结构体系的复杂化及采用附加阻尼器减振技术的日益广泛化,进行结构的风振时程分析是更为简单直接和准确的分析方法。本文采用自回归滤波法技术,考虑三维空间相关性,对具有随机性的脉动风荷载进行有效的模拟;通过编制软件生成风压时程数据并自动输出至结构有限元软件进行风振时程分析,为高层建筑的风振控制分析提供了可行的方法;最后,将该风动力荷载数值模拟技术与动力时程分析技术相结合进行算例分析验证,经过对比研究表明该风振时程分析方法可应用于工程分析与设计。

煤矿井塔结构在脉动风荷载作用下的响应分析

文章简述了风荷载特性与脉动风荷载的风速时程自回归(autoregressive,简称AR)数值模拟方法,模拟了给定风速功率谱的风速时程序列,并验证其与目标谱的一致性,从而得到作用在结构模型各节点上的脉动风荷载时程样本。以某煤矿井塔结构为例,用有限元分析软件SAP2000建立其有限元模型,并用Matlab获取了井塔结构迎风面各节点上的风荷载时程信号作为动力输入。利用SAP2000软件对结构进行模态分析,并基于时程分析方法计算结构在脉动风荷载作用下的风振响应。结果表明,AR模型能有效地模拟具有空间时间相关性的节点脉动风速时程,可为结构的安全性设计或结构的改造提供参考和依据。

风雨共同作用下大跨悬索桥加劲梁抖振响应分析

基于降雨的基本特性,得到雨滴对桥梁断面的作用力,并将其分解为降雨冲击荷载和降雨阻尼力;结合形函数建立降雨的单元冲击荷载及单元阻尼矩阵,进而得到考虑降雨影响的大跨度悬索桥动力响应方程。以东海某大跨度悬索桥为对象进行风雨共同作用下大跨度悬索桥加劲梁抖振响应分析。结果表明,在大暴雨(强)作用下,主跨跨中的顺风向及竖向位移均值分别增大了16.24%和4.81%,说明在强风雨共同作用下雨滴对结构的顺风向冲击起主要作用;降雨产生的阻尼作用对结构响应有一定的积极影响,降雨的附加阻尼作用使主跨跨中的顺风向、竖向和扭转位移响应的均方差值分别降低了7.38%,2.28%和5.57%。

巨型钢框架在强风作用下的非线性时程分析

以风速场模拟理论为基础 ,应用一种快速高效的 ,适合于超高层建筑的风速场模拟方法来实现脉动风波的计算机生成 ,并对模拟风场的统计性质进行了讨论和验证。在实现风速场成功模拟的前提下 。

M.Shinozuka方法在风荷载模拟中的应用

通过分析现有的风荷载数值模拟方法,认为M.Shinozuka方法得到的脉动风荷载样本的统计特征值能较好的符合理论值。系统阐述了这种方法的分析过程,其中涉及到脉动风压规格化功率谱的推导以及脉动风荷载功率谱的计算。采用MATLAB可以方便有效的进行编程,其中的矩阵函数能够容易的实现Cholesky分解以及随机数的求取等。