格构式塔架结构多源异构监测数据融合及动态位移重构研究

结构动态位移响应在结构健康监测和振动控制领域具有重要意义,但格构式塔架动态位移的准确测量仍是一项具有挑战的任务。提出了一种综合利用高采样率加速度和低采样率应变的数据融合方法,实现了格构式塔架动态位移的准确重构。提出适用于格构式塔架的应变⁃位移映射方法,可以由若干个测点应变计算出任意点的动态位移;使用多速率卡尔曼滤波算法将应变导出位移与加速度相融合,以进一步提高位移采样率和精度。采用某输电塔结构作为数值算例,结果表明:在采样比为100和噪声信噪比为5 dB的情况下重构位移误差分别仅有2.3%和2.11%,证明了所提方法具有高精度。最后开展了某54.5 m高输电塔的真型试验,实测结果进一步验证了所提方法的准确性和可靠性。

格构式塔架动力风荷载解析模型

基于高频底座天平测力风洞试验,得到了三种典型的格构式塔架的顺风向、横风向与扭转向一阶振型广义荷载谱与均方根广义力系数.在此基础上,利用最小二乘法拟合,建立了格构式塔架的一阶振型广义风荷载谱解析模型.该模型与风洞试验结果吻合较好,可在此基础上建立格构式塔架二维或三维动力响应的频域计算方法.

格构式塔架三维动力风荷载的风洞试验研究

通过底座天平测力风洞试验,测量了三种典型的格构式塔架(输电塔、通讯塔和电视塔)的顺风向、横风向和扭转向动力风荷载。由于模型本身的质量不够轻、刚度不够大,一阶共振力的影响不可忽视,本文作者推导了消除模型一阶共振影响的实用公式,进而得到格构式塔架顺、横、扭三维广义荷载谱和均方根广义力系数。最后,本文分析了这三种格构式塔架的动力风荷载特征,得到了几点重要的结论。

格构式塔架风力特性试验研究

应用高频测力天平技术,对格构式输电塔塔身模型进行了不同紊流度下的风洞试验,研究其风力特性。结果表明风场对塔架结构的平均风力系数影响较小,塔架结构平均风力以顺风向风力为主,顺风向的脉动风力大于横风向,扭转脉动力可以忽略不计。同时还对比了不同国家规范中关于格构式塔架平均阻力系数的规定。谱分析表明,塔架结构顺风向主要表现为来流紊流激励;横风向力谱较为复杂,可能存在复杂的激励机制;塔架扭转功率谱是一明显的宽频谱,较顺、横风向功率谱值小很多,且随紊流度谱值变化不大。相干性分析表明,塔架结构横风向基底剪力与基底扭矩的相干性较强,紊流度对其影响不大。

遮挡型格构式塔架风力特性试验研究

基于高频天平测力技术,对遮挡型格构式塔架模型进行不同遮挡距离、不同试验风速下的风洞试验,研究其对遮挡型格构式塔架顺风向、橫风向、扭转向平均风力系数以及对顺风向、橫风向基底弯矩功率谱的影响,并在此基础上利用最小二乘法对两个方向的功率谱进行了参数拟合。结果表明,遮挡距离是影响平均风力系数的重要影响因素,而试验风速仅对橫风向平均风力系数有影响;与平均风力系数相反,对于基底弯矩功率谱而言,试验风速对其影响显著,而遮挡距离在整个频段上对功率谱密度影响并不大;特定工况下极值脉动功率谱拟合效果较好,可用于遮挡型格构式塔架动力响应的频域计算中。

格构式塔架顺风向风振响应

基于高频底座测力天平风洞试验数据得到了格构式塔架顺风向一阶振型广义荷载均方根系数和广义荷载谱解析模型,并从修正线性振型广义荷载谱的角度推导了一阶振型广义荷载谱修正方法和高阶振型广义荷载谱表达式,进而利用推导得到的广义荷载谱,计算了3种典型格构式塔架气弹模型的顶部加速度均方根响应,通过将计算结果和气动弹性模型风洞试验数据对照,分析了振型修正对风振响应的影响和高阶振型、气动阻尼对风振响应的贡献,并得到了若干结论。

格构式塔架扭转刚度的高精度便捷算法

根据结构扭转时截面形状不变的假设,考虑腹杆和弦杆对扭转刚度的作用,建立了格构式塔架受扭时的数学模型。推导出矩形截面的格构式塔架扭转刚度和力矩分配系数的计算公式及常见9种塔架的柔度系数,并给出6种正方形对称塔架腹杆布置最佳倾角。实例计算表明,本文公式的计算结果与SAP84结果吻合。

格构式塔架顺风向脉动风荷载空间相关性研究

为了研究格构式塔架顺风向脉动风荷载的空间相关性,选取2段典型的格构式塔架节段模型,采用2个高频测力天平同步测力风洞试验技术,得到了不同水平距离和竖向距离情况下的模型基底剪力和弯矩的风荷载时程.在此基础上,通过数据处理分析,得到了各工况下塔架的顺风向风荷载相干函数.试验结果显示:格构式塔架顺风向风荷载相干函数与频率,水平距离和竖向距离等参数有关;结构顺风向风荷载相干函数与顺风向风速以及高层建筑等结构的风荷载相干函数存在一定差别.最后,采用最小二乘法,拟合得到了格构式塔架顺风向风荷载相干函数经验公式,试验结果与经验公式吻合较好,可为格构式塔架风荷载及风致响应计算提供有用的参考.

格构式塔架顺风向风振响应简化计算

基于格构式塔架顺风向一阶广义荷载谱解析模型,提出了格构式塔架顺风向风振响应简化计算公式,这些简化公式将求格构式塔架顺风向风振响应的复杂积分变为简便的代数运算.分别应用简化公式和随机振动理论的频域积分计算求得了三种典型格构式塔架顶部位移和加速度均方根响应值,将简化公式计算结果与积分计算结果相比较,相对误差都在5%以内.因此,本文提出的简化公式有较高的精度.

格构式塔架横风向脉动风荷载空间相关性研究

为了研究格构式塔架横风向脉动风荷载的空间相关性,基于某实际格构式塔架2个典型节段模型同步高频测力天平风洞试验和同步风速测试风洞试验,测得了模型基底剪力、弯矩和风速时程,通过数据处理方法得到了其横风向脉动风荷载及脉动风速的相干函数。在此基础上,分析比较了脉动风荷载及脉动风速的相干函数特点与变化规律。结果表明:格构式塔架横风向风荷载相干函数与频率,水平距离和竖向距离均有关;格构式塔架横风向风荷载相干函数与现有高层建筑及锥形烟囱等结构的结果存在一定差别。最后,运用非线性最小二乘法拟合得到了脉动风荷载相干函数经验公式,拟合公式与试验结果较吻合,可为分析格构式塔架横风向风荷载及风致响应提供一定的参考。

圆钢管格构式塔架气动力的数值模拟

输电塔结构具有高柔、轻质和小阻尼的特性,因此风荷载是输电塔结构的主要控制荷载.以苏通大跨越输电塔结构作为工程背景,开展了一系列的刚性节段模型风洞试验,研究了在光滑均匀流作用下的圆钢管格构式塔架气动力特性.并基于计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,简称CFD)技术,采用大涡模拟(Large-eddy simulation,简称LES)方法分别对圆钢管格构式塔架节段的顺风向、横风向和扭转向风荷载特性进行计算,并将计算结果与实验值以及各国规范进行了对比.此外,讨论了湍流度分别为5%、10%、15%和20%四种情况下的三分力系数.结果表明,本文的数值模拟结果与各国规范及风洞试验结果较为一致,且湍流度的变化对结构三分力系数的脉动成分有显著影响.此外,从节段模型的表面风压力分布情况来看,最大正压出现在迎风面的主管正面和辅材相交节点的正面,最大负压出现在主管的侧面.通过涡量图对节段模型流场结构分析发现,x向的涡量离散程度更高,而y和z向上涡量分布更加均匀连续.本文的研究成果对实际工程中的圆管截面格构式结构风荷载评估具有重要的参考价值.

风力发电机组采用圆筒塔与格构式塔架的综合管理经济效益分析

为了能客观、真实的评定风力发电机组采用圆筒塔和格构式塔架两种结构形式塔架的各自特点,通过对两种结构形式塔架分别进行制作工艺、运输过程、施工工艺等方面综合经济效益的对比分析,得出两种塔架结构的优缺点,为塔架的选型及设计提供一些合理、科学的建议。

格构式塔架分区分段提升大跨距条形网架施工技术

本文以某电厂煤棚网架组对安装为例,总结了格构式塔架提升大跨距网架安装的关键技术,介绍了网架的分区分段组对方案、格构式提升塔架的设计验算和组装及网架提升、卸载等技术要点,可为同类工程提供借鉴。

风力发电机锥台型塔筒和格构式塔架的抗震性能试验研究与对比分析

以内蒙古白云鄂博1.5 MW风力发电机塔架结构为背景,设计了锥台型钢结构塔筒和格构式钢管混凝土三肢柱塔架模型,通过对模型的拟静力试验研究,分析了两种形式风力发电机塔架结构的受力性能、破坏机理和破坏特征以及材料利用率和经济适用性。研究结果表明,在满足使用要求的条件下,锥台型钢结构塔筒的破坏由稳定性控制,属于失稳破坏,水平荷载-位移滞回曲线在失稳前基本呈线性变化,材料利用率低,且制造运输成本大,但技术成熟。而格构式钢管混凝土三肢柱塔架结构属于材料破坏,水平荷载-位移滞回曲线呈现不对称的"梭形",材料利用率高,制造运输成本低,但施工制造工序多,不利于制造质量的保证。由对比分析可知,相对于锥台型钢结构塔筒,格构式钢管混凝土塔架结构有更为优越的受力性能和抗震性能,有进一步深入研究分析的价值。

格构式钢管混凝土风电塔架模态分析

本文主要以2MW水平轴变浆距式风力发电机组的塔架为参考,设计出一个格构式钢管混凝土塔架。利用有限元软件,详细计算格构式钢管混凝土风电塔架的模态以及各阶频率。研究结果表明格构式钢管混凝土塔架的振动频率与风机扇叶频率不会发生共振的现象;格构式塔架整体频率较低,表明塔架整体刚度较大。

钢管混凝土格构式新型风力发电机塔架风振响应

以白云鄂博地区拟建的某2 MW钢管混凝土格构式新型风力发电机塔架为研究对象,采用Davenport脉动风谱基于谐波合成法模拟白云鄂博地区脉动风速时程,运用有限元软件对风力发电机塔架进行风致响应分析。结果表明:钢管混凝土格构式风力发电机塔架风振响应显著,受脉动风影响很大;按照现行规范对钢管混凝土格构式塔架风振系数进行计算将造成较大误差。

大型风电机组组合式塔架结构优化设计

为解决传统单管风力发电塔架在大型风电机组应用中加工、制作、安装和运输成本大幅上升的问题,提出一种新型组合式塔架结构,并对其进行结构优化设计.该塔架上部为传统单管式塔架,下部为四角钢十字形组合截面塔柱的格构式塔架.通过对四角钢十字形组合截面的轴压极限承载力进行分析,得到组合截面的稳定系数曲线.基于粒子群算法,综合考虑应力、频率和长细比约束等因素,对下部格构式塔架的形状和杆件截面进行优化.分析结果表明,组合式塔架结构可以解决传统单管式风力发电塔架的运输问题,且用钢量节省约34%.

全格构风机塔架顶部过渡段有限元分析

随着风力发电机组塔架向着越来越高的方向发展,格构式钢塔架因其有着结构刚度大、运输方便、基础造价低的优势,得到了越来越多的研究。在格构式塔架设计过程中,与机舱相连的过渡钢筒段为最重要的设计环节之一。本文以某低风速风场的120m四边形全格构塔架设计为例,基于ANSYS有限元分析软件对全格构塔架顶部与机舱相连过渡段的受力性能进行分析,包括极限工况和疲劳工况的分析。分析结果表明,极限工况下过渡段钢筒壁厚在22mm~28mm范围内变化时,塑性总应变均小于1.0%;疲劳工况下,环向焊缝和竖向焊缝的损伤均较小。

格构式钢管混凝土风力发电塔架的受力分析

通过对风力发电塔架的受力分析及钢管混凝土轴心受压的承载力计算,研究了格构式钢管混凝土结构用于风力发电塔架时,塔架钢管混凝土立柱的强度、刚度、稳定性,并给出了计算公式。算例结果表明,该种形式的塔架强度、刚度、稳定性均符合要求并偏于保守。该文的研究结果对格构式钢管混凝土组合结构塔架的总体设计有较强的参考价值。

钢管混凝土格构式风电机塔架节点静力性能试验研究

对6个钢管混凝土格构式风电机塔架焊接相贯节点和焊接管板节点进行了缩尺模型试验,研究了这两种塔架节点的破坏机理和破坏特征、节点进入塑性后的变形发展过程以及节点交汇区域的复杂应力状态和分布规律。试验结果表明:塔柱钢管内混凝土的存在,使钢管混凝土节点的破坏模式和力学性能与空钢管节点大大不同,钢管混凝土相贯节点的破坏形态为受压腹杆局部屈曲破坏,管板节点的破坏形态为节点板受压屈曲和受拉撕裂破坏,没有出现节点区塔柱管壁在受拉、受压腹杆接头处的塑性变形失效。由试验结果还得到:两种节点交汇处塔柱管壁以及节点板的应力分布极不均匀,个别测点已经进入塑性而有的测点仍然处于弹性阶段。由破坏形态和节点区的应力分布情况得到了一些设计建议,为实际工程塔架节点的设计提供参考。