国家网球中心新馆可开启屋盖风荷载特性

采用同步测压技术,进行国家网球中心新馆刚性模型风洞试验,对其可开合屋盖的风荷载特征进行研究。结果表明:可开合屋盖风荷载的作用机制不仅与来流风特性有关,还显著受到特征湍流的影响。屋盖的开启状态和表面形状是影响风压分布的主要因素;虽然来流风速近似满足高斯分布,但是作用于大跨屋盖表面的脉动风荷载并不满足高斯分布。屋盖的开启状态对脉动风荷载的功率谱和根方差影响很大,屋盖开启后,孔洞周围脉动风荷载功率谱将存在一个较为明显的谱峰,脉动风荷载的根方差增大。

X型超高层建筑扭转风荷载谱计算模型研究

通过X型超高层建筑模型多点同步测压风洞试验,文中研究了高层建筑扭转风荷载系数平均值、均方根值沿高度的变化规律。提出了X形高层建筑扭转动力风荷载功率谱密度函数的数学计算模型,并根据试验数据对模型参数进行了拟合,结果表明该计算模型与风洞试验结果吻合较好。文中还探讨了各层扭转动力风荷载的相干特性,以Vickery提出的尾流激励相干函数公式为计算模型,根据风洞试验数据利用最小二乘法拟合了模型参数,并给出拟合的计算参数。文中最后研究了扭转风荷载与顺风向、横风向风荷载的相干性,并提出了相应的数学计算模型,结果证明该模型与试验数据基本一致。

海上风电机组随机风浪荷载时程数值计算

采用功率谱研究了海上风力机的随机风浪荷载,同时根据JCSS(结构安全度联合委员会)准则探讨了海上风机随机风浪荷载的组合问题。为满足时域内海上风机动力反应计算的需求,采用谐波叠加法研究了随机风浪荷载时程的计算方法。对于风荷载,计算过程中考虑了风场的空间相干性和风剪效应;对于波浪荷载,提出了考虑海浪波面高程变化时波浪荷载的计算方法。计算结果表明,不考虑波面变化,将低估波峰处的波浪荷载,而高估波谷处的波浪荷载;对于海上风机而言,以风荷载作为主要荷载进行风浪组合得到的计算结果偏于安全;同时通过模拟荷载的计算谱与目标谱的比较,表明了该文随机荷载时程模拟的正确性。

X形超高层建筑层风激励谱计算模型研究

通过X形超高层建筑刚性模型多点同步测压风洞试验,研究高层建筑风荷载阻力系数和升力系数平均值、均方根值沿高度的变化规律,并与矩形高层建筑均方根升力系数进行比较。提出X形高层建筑顺风向与横风向动力风荷载功率谱密度函数、相干函数的计算模型,并根据风洞试验数据进行拟合计算,结果表明该计算模型与风洞试验结果吻合较好,可以以此为基础进行类似高层建筑顺风向与横风向动力响应的频域计算。

永磁直驱风力发电系统气动载荷抑制策略

风力发电机组发电过程中,风轮旋转采样随时间和空间分布的三维风场将产生风剪和塔影效应,导致风轮捕获的气动转矩中含有3P谐波分量。该谐波分量沿着传动链向下传播,不仅使传动链承受更大的气动载荷,而且会激发机组固有谐振频率,使机组振荡,严重影响了机组的可靠性。该文首先对永磁直驱风力发电机组进行了两质量块模型建模,通过模型分析得出了机组固有谐振频率和阻尼的大小。发现导致机组承受较大的气动载荷的原因为机组自身阻尼较小。为了增大机组的阻尼从而降低机组承受的气动载荷以及抑制机组谐振,提出一种注入阻尼的功率控制策略。该策略通过在机组的转矩控制环中加入与机组转速小信号量成正比的补偿转矩,大大增加了机组的阻尼。为了解决转速小信号量无法直接测量的问题,该文从机组的功率流中分析出了间接测量转速小信号量的方法。最后,在实验室建立了一台10kW变速风力发电机组实验系统,实验结果验证了所提出方法的正确性。

圆角化方形截面高层建筑风荷载特性试验

对圆角率为25%的正方形高层建筑刚性模型进行了测压试验,并对其风荷载特性进行了研究;分析了三分力系数和基底力矩系数随风向角的变化规律,给出了阻力系数平均值、根方差值和升力系数根方差值拟合结果;分析了最不利风向角下的风荷载功率谱,并采用经验公式进行拟合;分析了体型系数并与规范中正方形体型系数进行了对比。结果表明:对正方形建筑角部进行圆角化处理能明显降低建筑风荷载,且消除了功率谱曲线谱峰尖而窄的单峰现象,从本质上改变风荷载特性,有利于主体结构的抗风设计;角部区域负压较大,对幕墙抗风设计不利。

复杂体型超高层建筑层风力功率谱函数研究

以某一高492m、具有特殊体型的超高层建筑为工程背景,研究超高层建筑层风力规格化功率谱曲线的特点并给出其数学函数模型。首先,在同济大学TJ-2边界层风洞中对该超高层建筑进行刚性模型分组同步测压风洞试验,得到各测点层的风力系数时程,并对各层风力系数的频谱特性进行分析,归纳出各层风力规格化功率谱曲线沿高度变化的特点;然后,根据试验所得的功率谱曲线的特点,给出顺风向、横风向和扭转风向的层风力规格化功率谱数学函数表达式,用该数学模型对各层风力功率谱曲线进行拟合的效果非常理想,同时,对各层风力功率谱函数的拟合参数进行归纳总结,得到统一的参数结果。研究结果表明层风力功率谱函数是有效的。

矩形结构非高斯风荷载特性研究

对矩形建筑结构表面的风压进行了现场实测,获得了有效的非高斯风压数据。样本的概率密度分布、特征统计、相关性分析表明:建筑结构迎风面和非迎风面的脉动风压均表现出不同程度的非高斯特征,非迎风面的非高斯特征强度相对较强表现为负偏,而迎风面的非高斯特征强度较弱存在着负偏和正偏;迎风面非高斯脉动风压的统计平均相关性好于非迎风面,水平测点非高斯脉动风压之间存在着相位角。根据实测非高斯脉动风压,最后采用最小化预测误差自回归(AR)对样本进行了统计平均功率谱估计,并拟合出有效的非高斯脉动风压功率谱函数,建立了拟合参数与峰值频率之间的关系,峰值频率的取值取决于非高斯特征的强弱。

遮挡效应对双柱悬索拉线塔风力特性影响分析

为研究悬索拉线塔在遮挡条件下塔体风荷载的分布特性,为抗风设计提供理论依据,采用高频测力天平分别对单、双立柱在紊流以及均匀流风场中进行风洞试验,分析研究了遮挡效应对塔架立柱基底弯矩功率谱以及平均风力系数的影响,并对塔架基底弯矩功率谱进行了参数拟合,基于顺风向脉动风速谱的基本形式,分别完成了单立柱及双立柱顺风向、横风向以及扭转向动力风荷载模型的参数拟合.研究结果表明:紊流场下,对于单立柱,横风向基底弯矩功率谱峰值主要在15°、30°、45°风向角下较大;双立柱条件下(即存在遮挡效应),对于横风向基底弯矩功率谱而言,其变化规律同顺风向基底弯矩谱基本一致,但其谱峰值是顺风向峰值的10倍;均匀流场下,遮挡距离在10D^20D(D为塔架截面宽度)时,三分力系数变化最敏感,遮挡效应最为显著.

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.

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。

基于可靠度的风荷载分析

综述了影响统计平均风速的几个因素 ,特别阐述了时距对平均风速的影响。根据Shinozuka的理论和Davenport脉动风速功率谱模拟产生了风速、风压样本 ,并利用蒙特卡洛法分析了忽略脉动风速平方项对脉动风压功率谱密度函数的影响 。

随机风浪荷载作用下近海风机塔架动力响应分析

近海风机在随机波浪荷载作用下的动力反应是近海风机结构设计中的关键问题之一。用谐波叠加法研究了随机风、浪荷载时程的模拟方法,并探讨了考虑波浪波面高程变化时的波浪力计算方法。分两种荷载工况,采用动力有限元法计算了海上风机在随机波浪荷载作用下的动力反应,探讨了波面高程变化对于海上风机动力响应计算的影响。计算结果表明,当不计波面高程变化时,波浪力在波峰位置被低估,在波谷位置被高估,波面高程变化对风机塔架动力响应计算结果将产生影响,在实际工程中应予以适当考虑。

5MW风电增速齿轮箱的设计与动力学分析

针对大功率风电增速齿轮箱设计与研究不足的问题,提出5 MW级设计方案,并进行动力学分析。采用三级传动类型,前两级为2K-H型行星轮系,三级为定轴轮系。通过输入风电载荷谱进行仿真分析与理论计算结果对比,确保计算结果的准确性。利用动力学方法:对行星架进行模态分析,使行星架模态频率避开齿轮啮合频率;对各齿轮副进行传动误差分析,得出各齿轮副传动误差的周期性变化规律与最大误差;对各轴承进行加速度响应分析,得出不同转速下的振动加速度曲线,发现各轴承加速度曲线的波峰与波谷出现重叠的规律,使齿轮箱输入转速避开了峰值。研究内容为大功率风电齿轮箱设计与可靠性分析提供方法。

风的模拟及抛物面天线的风荷响应

该文首先对脉动风进行了描述 ,并用随机过程理论进行模拟处理 ;然后将其转换成脉动风荷作用于天线 ,再用随机振动原理 ,分析计算了某抛物面天线的风荷响应 ,从而验证了天线的刚度和强度 ,为改进设计提供了依据。以往采用静力学的方法 ,只考虑稳态风或用经验估算法来近似估算脉动风对天线的影响 ,这是不够的或是不准确的。该文提出了一个将脉动风荷进行适时量化处理并分析其对天线影响效果的计算方法。解决了天线设计中风荷计算这一难题 ,使天线设计更加科学、合理。

桅杆结构脉动风速模拟与风荷载计算

介绍了风的基本特性、风速模拟的谐波叠加法原理,引入快速傅里叶FFT改进的谐波叠加法.采用改进后的谐波叠加法模拟桅杆结构沿杆身高度不同位置处的多维风速时程,根据风速、风压间的关系将其转化为结构分析所需的风荷载时程.并与相同条件下谐波叠加法模拟风速时程的过程进行了对比,结果表明两种方法的模拟功率谱与目标功率谱均比较吻合,但改进后的谐波叠加法运算效率明显高于谐波叠加法.

不规则结构扭转风荷载

对具有"靴型"造型的超高层建筑进行多点同步测压风洞试验,详细研究该类建筑的扭转风荷载.引入扭转向等效力偶的概念,比较扭转向等效力偶与水平风荷载之间的大小关系.结果表明:等效力偶与水平风荷载量级相当.比较分析各测点层平均和均方根扭矩系数随风向角的变化关系,发现两者都与截面的厚宽比有着密切的联系.最后,采用最小二乘法对超高层建筑扭转层风荷载规格化功率谱曲线进行了拟合,并通过拟合曲线直观反映了扭转风荷载受层高、厚宽比等参数的影响规律.

建筑幕墙风荷载的数值模拟研究

对幕墙结构中风荷载的脉动特性进行了分析,采用沿高度变化的E.Si miu风速谱,用改进的谐波叠加法模拟了不同高度处脉动风速和风压的时程曲线,给出了风荷载的计算公式,结果表明该方法简单有效,且能够反映脉动风的随机特性,解决了玻璃幕墙风荷载的动力计算问题。

脉动风荷载时程数值模拟研究

在工程结构日趋大型化、复杂化、超高超限化的今天,建筑结构风振响应的研究受到学术界、工程界的关注和重视,数值模拟方法生成脉动风时程对于掌握结构风振特性、减少风致灾害有很好的帮助作用。介绍了近地表层风场的基本特性,阐述了实际工程应用过程中的线性滤波法和谐波叠加法模拟脉动风时程的原理,重点对谐波叠加法模拟脉动风速时程的数学形成过程进行了研究。

大跨度输电线的脉动风荷载模拟

以湛江地区某大跨度输电塔线体系为实际工程背景,研究大跨度输电线的脉动风荷载模拟问题。基于随机振动理论的输电线多维脉动风荷载模拟方法和脉动风荷载模型,采用有限元方法建立了该塔线体系的导线分模型,并考察其振动基频和振型。模拟结果表明:随着输电线节点竖向高度的增大,其脉动风速迅速增加;某一输电线的跨中节点脉动风速明显小于两端节点的脉动风速。