变截面脱硫塔风振效应及等效风荷载研究

变截面是工程设计中常见的结构类型,此类结构风效应在现行规范中受到的关注较少,规定仍较为粗糙。以某高耸脱硫塔为研究对象,综合时、频域数值仿真,详细研究圆柱形分段变截面高耸结构顺、横风向的风致动力响应特性,探讨了横风向涡激共振的判定及计算方法,对比分析变截面圆柱结构常见等效静力风荷载计算方法的差异及结果的可靠性。研究表明,结构第1阶模态是圆柱形变截面脱硫塔风效应的控制振型;应重点关注此类结构上部涡激振动对横风向响应的贡献;鉴于脱硫塔风致振动以共振响应为主,采用惯性力法或三分量(平均、背景和共振)法计算等效风荷载更符合实际分布规律。时、频域分析结果与我国现行规范《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2012)计算结果吻合较好,可为分段式变截面高耸结构精细化风振效应研究提供工程参考和依据。

不同深宽比矩形平面超高层建筑横风向风荷载的试验研究

工程实践中常发现当板式超高层建筑平面的深宽比(D/B)较大时,荷载规范建议的横风向风荷载(简称CWL)过于保守而成为结构抗风设计的制约因素。针对高度为200m左右的矩形平面超高层建筑,采用高频底座测力天平技术,在B、C两类地貌中对7种深宽比的超高层建筑的CWL特性进行了风洞试验研究,分析了深宽比、湍流度、结构周期和阻尼比对CWL的影响,并与荷载规范结果比较。结果表明:当D/B在0.5~2的范围内时,风洞试验得到的CWL与荷载规范结果较吻合,当D/B≥2时,荷载规范结果不同程度高于风洞试验结果,最大相对误差可达38.9%;多数情况B类地貌下的CWL要高于C类地貌,且两者相差可达42.75%,C类地貌的CWL对D/B的敏感度要明显弱于B类地貌;结构模态阻尼比对CWL有很大的影响,采用2%阻尼比计算得到的最大CWL会比5%阻尼比的计算结果高出78.76%。

矩形超高层建筑归一化横风向脉动风荷载谱模型

为研究超高层建筑横风向脉动风荷载谱特性,在B、D两类紊流风场中开展了不同长宽比矩形刚性模型测压试验。结果表明:横风向脉动风荷载特性主要受紊流风场、气动外形和旋涡脱落等因素影响,矩形柱截面的长宽比变化将影响功率谱幅值及能量分布。当矩形柱截面长宽比小于3时,横风向脉动风荷载谱特性主要受旋涡脱落控制,但当长宽比超过3后,矩形柱侧面分离再附流动的影响逐渐加强,具体表现在:功率谱峰值减小、带宽增大及高频区出现较小谱峰。根据风洞试验结果和矩形柱横风向脉动风荷载谱特性,提出了归一化横风向脉动风荷载谱模型,该经验公式物理意义明确、形式简洁,有一定的工程参考意义。

高层建筑横风向风致响应及等效静力风荷载的分析方法

高层建筑横风向风致响应和等效静力风荷载是风工程和结构工程领域关注的问题。基于既有高层建筑横风向气动力和气动阻尼研究成果,推导出一套高层建筑横风向风致响应及等效静力风荷载的计算方法。该方法考虑了广义气动力的振型修正、气动阻尼及背景分量对风致响应的影响。通过算例与日本AIJ(2004)推荐的横风向荷载的计算方法进行了比较,显示了本计算方法的便捷性和结果的准确性,并分析了振型修正、气动阻尼和背景分量等因素对计算结果的影响。

超高宽比矩形烟囱的横风向风振效应探讨

随着社会进步和发展理念的转变,工业建筑的去工业化设计要求越来越多,烟囱作为工业厂房标志性构筑物,常被列为改造对象。为打破圆形烟囱固有的观感,矩形钢筋混凝土烟囱被普遍采用。现在工业烟囱高度一般不低于80m,由于烟囱的功能单一,设计规范对钢筋混凝土烟囱的水平位移限值要求不高(H/100),烟囱的高宽比普遍大于8。横风向风振等效风荷载的规范公式只适用于高宽比4~8的情况,当设计折算风速大于10或高宽比大于8,可能发生不利并且难以准确估算的气动弹性现象,不宜采用附录H2计算方法,建议进行专门的风洞试验研究。但风洞试验需要时间和成本,不是每个项目都具备风洞试验条件,在没有风洞试验数据的情况下如何进行超高宽比横风向风振计算,如何保证烟囱的结构安全,是设计人员面对的现实问题。通过多个设计案例分析,提出解决方案,供同行参考。

斜风作用下超大跨跨海斜拉桥典型施工状态抖振响应研究

为研究风偏角和风速对超大跨跨海斜拉桥典型施工状态抖振性能的影响,以黄茅海大桥为背景,通过气弹模型风洞试验对斜风作用下该桥边塔最大单悬臂、中塔最大双悬臂、边塔最大双悬臂3种典型施工状态的抖振响应进行分析,并对基于气弹模型风洞试验和《公路桥梁抗风设计规范》(JTG/T 3360-01—2018)的等效静阵风荷载进行对比。结果表明:超大跨跨海斜拉桥各典型施工状态抖振响应最不利风偏角为0°~30°,各典型施工状态在各风偏角下的抖振响应与风速呈二次函数关系;各典型施工状态下竖向抖振响应主要由主梁一阶对称竖弯模态贡献,横向和扭转抖振响应主要由桥塔一阶横弯模态贡献;与基于气弹模型风洞试验的等效静阵风荷载相比,基于规范计算的等效静阵风荷载偏不安全,建议进一步研究超大跨跨海斜拉桥的等效静阵风荷载。

横风向旋涡脱落的共振分析及在工程上的应用

结构在风荷载作用下,不但会出现顺风向平均风响应和脉动风引起的风振响应,而且必然同时出现横风向旋涡脱落风振,当横风向旋涡脱落频率与结构的某阶自振频率一致时,结构会产生极大的横风向共振,以致引起结构的损坏或破坏。在阐述横风向旋涡脱落频率共振的基本原理基础上,结合工程实际,对某一电信楼的避雷针结构进行了横风向风振(旋涡脱落)的校核与计算,得到了一些有益的结论与建议,为避雷针的进行风振控制提供了可靠的参考依据。

基于气弹模型试验的高耸结构随机风振等效静力风荷载

给出了基于高耸结构气弹模型试验的有限截面风振位移和加速度响应测量结果推算任意结构层位移和加速度响应的最小二乘方法。采用简化的串联多质点系力学模型推导了基于高耸结构气动弹性模型试验的整截面风振内力的计算方法,进一步提出基于气弹模型试验结果的按各结构层整截面风振内力等效的多模态综合等效静力风荷载的最小二乘计算方法。作为实例,以某高耸电视塔为例说明了所提出的多模态综合等效静力风荷载计算方法的可行性和可靠性。

横风向共振对高烟囱爆破倾倒方向的影响

在顺风向荷载的基础上建立横风向荷载作用下高烟囱爆破倾倒的力学模型,分析了横风荷载对高烟囱定向爆破倾倒方向的影响,得到爆破倾倒偏转角的计算公式,并以南昌电厂210 m高烟囱为例进行验证。计算表明,烟囱共振频带在4～6级风的风振频率区域,定向爆破倾倒偏转角和风向角(0°～30°)呈近似线性关系,随着风向角的增大,偏转角也随之增大,此外,考虑横风共振后倾倒偏转角显著增大,建议在设计爆破参数时应对横风荷载予以考虑。

风向对某超高层建筑等效静风荷载的影响

风向和平均风速联合分布是风荷载的基本特征之一,本文研究风向对某超高层建筑等效风荷载的影响,主要包括以下三个部分:(1)获取建筑物所在地区气象站的风向风速气象资料,并统计得到各个风向上的设计风速;(2)对某超高层建筑进行36个风向角下的刚性模型同步测压风洞试验,试验中模拟了周围建筑对超高层建筑的干扰作用;(3)结合各个风向上的设计风速,基于风洞试验结果,用随机风振理论计算超高层建筑的等效风荷载.本文得到的结论为超高层建筑设计提供参考.

落地塔型设备横风向共振的塔径范围及内力分析

在落地塔型设备及其基础设计中,人们往往认为发生横风向共振的可能性小,没有考虑横风向风荷载。文章认为,多数落地塔型设备有发生横风向共振的可能性,并按不同地面粗糙度类别、不同基本风压、不同设备高度求出落地塔型设备出现跨临界强风共振的塔径范围,研究了基顶处横风向与顺风向内力比值随塔径变化情况,给出横风向与顺风向弯矩相等时对应的塔径、横风向与顺风向弯矩比最大值及其对应的塔径。

非线性流滞阻尼器耗能结构随机风振响应和等效风荷载取值

针对非线性流滞阻尼器耗能结构在Davenport谱风振激励下的随机响应及等效风荷载取值进行了系统研究.首先建立了结构的非线性运动方程;经过等效线性化后,采用复模态理论解耦,进而用随机振动方法获得结构风振响应解析式和等效风荷载取值的计算公式,从而建立了结构非线性随机风振响应的分析方法.

山区单悬臂廊桥结构抖振响应及等效风荷载

为研究山区风环境下悬挑式人行桥梁抖振响应及风荷载,以某单悬臂观景廊桥为背景,通过风洞试验对结构的静力三分力系数以及不同风参数下的抖振响应进行了测量,并将结构横桥向最大等效风荷载规范计算值与试验值进行比较.结果表明:山体地形对结构三分力系数及抖振响应影响较大,二者最大值均未出现在常规风向角;结构抖振响应随风速的增大而增大,受小幅风攻角的影响较小;横向抖振响应受一定程度紊流度变化的影响不敏感,但竖向及扭转响应整体随紊流度的增加呈明显增大趋势,在紊流度增大约40%的情况下二者均增大15%左右;竖向抖振响应随紊流积分尺度的增大(增幅约20%)而增大,增幅在9%左右,但积分尺度对横向抖振响应几乎无影响,对扭转响应的影响随风攻角的不同有较大差异,随着积分尺度的增大,3°攻角下扭转响应增幅约为8%,0°攻角其受积分尺度的变化影响较小;相比横桥向最大等效风荷载试验值,利用桥梁规范计算的结果偏于保守,静阵风系数的取值有待修正.

超高层建筑横风向荷载反演分析

提出利用风致响应识别结构横风向风荷载的反分析方法。基于卡尔曼滤波理论及正交分解技术(POD),利用有限测试楼层的风致响应识别结构动态风荷载。结合工程实例,对方形超高层建筑进行风荷载反演分析,并与风洞试验结果对比研究,验证该方法的适用性及准确性。结果表明,估计的风荷载时程及功率谱与试验结果符合较好,多种噪声水平下反演结果基本满足实际工程需要。可为超高层建筑抗风设计及相关研究提供依据。

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。

长横担输电塔扭转向等效静力风荷载

为研究长横担输电塔扭转向等效静力风荷载的计算方法。以弹簧-多质点模型为基础提出了多自由度扭转向振动方程,并从频域角度对方程进行求解;在考虑一阶扭转振型贡献的基础上,采用惯性风荷载法提出了扭转向等效静力风荷载的计算公式;基于塔架结构顺风向体型系数及准定常理论,对塔架节段的扭转向风荷载谱进行推导;针对直流输电塔特有的几何构型及动力特性,提出简化模型并对振动方程及风荷载谱的计算公式进行简化;以准东-华东±1100 kV输电工程角钢塔为例,将采用上述方法的得到的输电塔主材、斜材及横隔材轴力与动力时程分析及我国规范方法的计算结果进行对比。结果表明,与规范方法相比,上述方法能提高主材、斜材和横隔材的设计可靠度,特别对塔身斜材及横隔材的可靠度提高较大,分别达98.5%及89.8%以上。

矩形截面高层建筑横风向脉动风荷载特性

对不同厚宽比的矩形截面高层建筑模型进行了测压风洞试验﹒研究了横风向根方差升力系数、基底根方差弯矩系数、基底弯矩功率谱的基本特性﹒研究结果表明,根方差升力系数沿高度呈多项式曲线分布;基底根方差弯矩系数随厚宽比增大到一定值后变化不大;基底弯矩功率谱在厚宽比<3时只有1个谱峰,厚宽比=3时在高频段时出现了第2个谱峰;峰值频率在厚宽比<1时变化不大,此后随厚宽比的增大而减小;以厚宽比为自变量,拟合得到了相应的计算公式.

气动阻尼对高层建筑横风向风振响应的影响

引入横风力谱模型,分析了某高宽比为6的方形截面高层建筑在不同地貌和风速条件下的横风向风振响应.同时考虑正气动阻尼的影响,获得该建筑在不同自振基频下的风振响应及气动阻尼影响的规律.分析结果表明,对于处于低粗糙度地貌并受较高风速作用的低频建筑物,当计算其横风向风振响应时,应适当考虑正气动阻尼的影响,使计算结果更具真实性.

钢烟囱设计中橫风向风振效应的控防

通过理论分析和计算,对自立式钢烟囱的橫风向风振问题进行探讨,研究钢烟囱橫风向风振的区域和振动规律,并提出解决烟囱晃动的方法。

65m高钢制排气筒消除横风向风振分析

报道65m高钢制排气筒发生以及消除横风向风振的实例,对照有关标准对原设计进行分析,说明设计缺陷同发生横风向风振存在因果关系,总结发生及消除横风向风振的经验教训,为自立式钢烟囱的建造提供一个可供参考的案例。