一次强风作用下大跨度桥梁主梁非平稳抖振可靠性分析

抖振可靠性评估对保障大型桥梁结构在强风作用下的安全性具有十分重要的意义。在已有研究基础上,基于非平稳风场模型和精细化的抖振时域分析方法,并考虑抖振响应的非平稳性和非高斯特征,构建了大跨度桥梁主梁非平稳抖振可靠性分析的方法流程。非平稳脉动风速的模拟基于进化谱理论采用谐波合成法并引入均匀调制函数来实现。静风力荷载采用规范公式求解,非平稳抖振力采用准定常气动理论并引入气动导纳公式来修正其误差进行模拟,气动自激力通过引入单元气动刚度矩阵与气动阻尼矩阵实现。对于精细化有限元分析得到的抖振响应,采用Winterstein修正模型对其进行高斯转换,并考虑响应方差的时变特性,采用基于Poisson假定的首次超越概率来求解非平稳抖振动力可靠性。应用所提出的方法流程对某大跨度斜拉桥在一次强风作用下的抖振可靠性进行了分析评估,证明了其有效性。

悬索桥钢桁加劲梁在斜风作用下颤振稳定性试验研究

传统大跨度桥梁颤振分析中往往忽略了自然风向与桥跨方向存在一定偏角,进而降低桥梁抗风要求,导致设计偏不安全,因此以某钢桁架加劲梁悬索桥为工程背景,开展斜风作用下的钢桁加劲梁颤振稳定性及气动性能研究。通过开展主梁节段模型风洞试验,研究风偏角变化对桁架加劲梁悬索桥颤振稳定性的影响,提出相应的气动控制措施,并开展颤振控制效果影响分析,研究结果表明:桥面中央开槽与封槽模型和设置稳定板的桥面开槽和封槽模型,最低颤振临界风速一般均在+3°风攻角、5°风偏角时出现;在+3°最不利风攻角时,设置稳定板的开槽断面,颤振临界风速随风偏角的增加呈先降低后增加的趋势,设置双层翼板的开槽断面颤振临界风速随风偏角增加而增加;斜风作用使颤振临界风速下降的幅度受稳定板高度影响较大;上稳定板对开槽断面的颤振控制效果受风偏角影响比较大,上稳定板对开槽断面在非零风偏角下的颤振控制效果要优于0°风偏角。

太湖湖滨带藻密度与水质、风作用的分布特征及相关关系

为研究太湖湖滨带水体藻密度、水质及风作用的时空分布特征,于2010年春、夏季调查了太湖湖滨带的水质、藻密度,同时结合风级、风向等数据,运用偏相关法分析了藻密度分布与水质、风作用的相关关系.结果表明:春季湖滨带水体藻密度低于夏季,平均值分别为1.88×106、1.75×108L-1,竺山湾、梅梁湾、西部沿岸藻密度较高.太湖湖滨带水体ρ(TP)、ρ(TN)、ρ(NO3--N)、ρ(NH3-N)、ρ(COD Mn)春季平均值分别为0.10、4.48、0.99、2.36、6.46 mgL,夏季分别为0.16、2.09、0.60、0.43、6.73 mgL,其中高值主要分布在竺山湾、西部沿岸、梅梁湾湖滨带;在时间上,ρ(TN)、ρ(NH3-N)、ρ(DO)春季较高;ρ(TP)、pH夏季较高.太湖湖滨带春、夏季风作用均以向岸的正作用力为主,夏季和春季风力作用平均值分别为0.26和0.73.风作用值较高的区域出现在梅梁湾、贡湖、西部沿岸.偏相关分析结果表明:春、夏季藻密度分布均与风作用值呈显著正相关;春季只有透明度与藻密度的分布显著相关,夏季藻密度分布与ρ(COD Mn)、ρ(SS)呈显著性正相关,而与pH呈显著负相关.在富营养化严重的太湖,N、P等营养盐已经不再是藻类暴发的限制因子,而风作用及与之密切相关的湖流,北部竺山湾、梅梁湾似口袋状的地理形态,是影响藻密度分布的重要因素;另外,入湖河流污染对北部、西北部湖滨带自生藻类的滋生,水生植物、浮游动物对藻类分布也会有不同程度的影响.

侧向风作用下桥上列车交会过程的空气动力特性

以CRH3型高速列车为研究对象,采用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)数值模拟方法和动网格技术,通过局部动态层变法实现对侧向风作用下桥上列车交会过程的动态模拟,研究侧向风作用下桥上列车交会过程的空气动力特性。结果表明:无侧风情况下桥上列车交会时所产生的交会压力波是导致列车气动力波动的主要原因;在侧向风的作用下车-桥耦合系统的空气动力特性表现出明显的三维时空特性;与无侧向风作用相比,在侧向风的作用下,两交会列车车体表面的整体压力分布已不再具有对称性,其中迎风侧列车所受风荷载较背风侧列车的大;在列车交会过程中,由于迎风侧列车对侧向风的遮挡效应,使得背风侧列车的风荷载突变更加剧烈,这对背风侧列车过桥的安全性和舒适性更为不利;随着列车运行速度的提高,列车的侧向力系数、倾覆力矩系数逐渐增大,而且其气动力系数在列车交会瞬间的突变更加剧烈。

自然通风作用下中庭建筑热环境的数值模拟

以上海地区一实际建筑为例,应用K ε两方程湍流模型、零方程模型和数值模拟方法对双层玻璃幕墙中庭建筑内的温度场进行了模拟,计算了不同室内负荷下适用自然通风的时间。研究结果表明,自然通风在过渡季节能有效改善室内热环境,较好地满足人体热舒适要求。

列车风作用下人体气动力的计算分析

根据列车风场的特点，提出一种计算列车风作用于人体气动力的方法，这种计算方法将人体受到的气动力分成压力梯度力和绕流阻力两个部分。结合我国高速列车和人体尺寸情况，计算了车头部列车风作用于人体的气动力。

高层建筑和风作用的耦合响应分析

本文研究了高层建筑结构和风作用的耦合振动响应,得到一个具有气体粘性的惯性力项和高阶的风速波动项的非线性微分方程组,应用简易的Park差分法求解,分析了影响结构风振响应的主要因素。获得了具有较好参考价值的风振响应分析资料。

辐散风作用下低频Rossby波的能量传播

文中研究了热力强迫所激发的辐散风对低频Rossby波能量传播的影响 ,推导出辐散风作用下的Rossby波的频散关系和群速度表达式。理论分析表明 :如果扰动流函数与速度势的位相差α∈ (0 ,π) ,那么辐散风将减小Ross by波的圆频率 ,增大群速度的纬向分量 ,加速Rossby波在纬向方向上的传播 ;辐散风对经向群速度的影响是比较复杂的。波射线的分析表明 ,在纬向基本气流为常数的情况下 ,辐散风作用下的低频Rossby波从初始位置到反射纬度的传播路径表现为一段光滑的大弧 ;对于周期为 30d、纬向波数k =3,4的Rossby波 ,当辐散风减弱时 ,波能量经向传播距离和纬向传播距离都增大。对于k =3的Rossby波 ,当辐散风减弱时 ,Rossby波的经向传播范围增大 ,但振幅强度减小。

天津电视塔塔楼风作用风洞模拟实验

通过风洞实验,给出了天津电视塔塔楼表面的平均风压系数、脉动风压系数分布及风压系数变化范围,同时给出了塔楼空气调节系统进排风口附近的环境风压,包括无进排风状态和有进排风状态,还对排风均压室结构的改变对环境的影响进行了试验.

风作用下高层建筑结构的刚度中心

本文通过2种方法计算风作用下不规则高层建筑结构的扭矩,给出相应的高层建筑结构刚度中心的定义。方法1:通过分析“楼面偏心距”,得出等效静荷载作用的扭矩,每楼层扭矩等于该楼层以上的各个楼层扭矩之和,加州结构工程师协会标准(SEAOC)推荐此方法。方法2:通过分析“楼层偏心距”,得出等效静荷载作用的扭矩,每楼层扭矩等于该楼层以上的各个楼层扭矩之和,UBC推荐此方法。最后,通过简单例子给出2种方法的具体计算步骤,为高层建筑结构的抗风设计提供参考。

风作用下街区内重气扩散模拟方法研究

为模拟在风作用下重气泄漏在街区内近地扩散,基于细胞自动机-气团模型对其进行了模拟。宏观层面上将气体视为多个气团的集合,利用细胞自动机构建了重气在风作用下的运动模型。气团特征可表示为模型Qi(珗V0i,xi,yi),影响半径D是基于高斯模型确定的,并用以区分浓度梯度扩散Sd和自由扩散Sf,确定了风在街区内的强度分布,并设定边界接触条件。假设了模拟的市内环境,使用该模型在风速u=0.75m/s状态下模拟氨气扩散,并研究了不同时刻风进入街区对扩散的影响。结果表明:该模型能模拟在给定的稳定风场下的重气连续扩散及其特征;能模拟风在不同时刻通过整个街区对扩散的变化影响及其特征,从而为设计逃生路线和灾害控制提供依据。

覆冰电缆横向风作用的数值模拟

采用CFD软件fluent对电缆覆冰后受横向风作用进行了数值模拟,从而得出电缆覆冰后的气动力特性,并指出更精确的分析覆冰电缆的气动力特性应采用风洞试验进行进一步研究,为设计时的电缆安全保障提供了依据。

侧风作用下货车和小汽车行驶稳定性对比分析

为对比侧风作用下货车和小汽车的行驶稳定性,基于8自由度驾驶模拟器,构建了侧风作用下山区高速公路桥隧连接段驾驶模拟平台。招募30名驾驶员进行6种侧风工况下的驾驶模拟实验,采集侧风作用下的侧向位移、横摆角速度、侧向加速度等车辆动态响应和驾驶员反应数据,探讨厢式货车和小汽车的侧滑稳定性、横摆稳定性以及侧翻稳定性。并基于静态稳定系数提出了侧倾比的概念,用于比较不同车型的抗侧翻能力。研究结果表明:在桥隧连接段行驶时,侧风作用下小汽车更易产生侧滑,但厢式货车在持续侧风作用下的侧向偏移更严重;驾驶小汽车相对于驾驶厢式货车能较快地对侧风环境做出响应,侧风感知时间较短;侧风作用下厢式货车更易出现侧翻失稳现象,且在驶出侧风作用区域后仍存在一定侧翻风险。

高层建筑结构在地震和风作用下的可靠度分析

作者基于等效风谱理论，给出了高层建筑结构在风荷载作用下可靠度分析的方法。在给定层间位移允许值时，对高层建筑结构在使用期限内在地震和风作用下的可靠度进行了比较研究。本文还探讨了高层建筑结构在地震和风联合作用下的可靠度问题。

测试在风作用下的摩天大楼

多年以来，高层建筑的设计是基于计算机的分析和风洞比例模型测试。但是，这些设计没有用真实结构的数据验证。在一项新的研究中，三座位于芝加哥的摩天大楼安装了加速测量仪和全球定位仪系统（GPS）接收器收集风荷载下的建筑物响应数据。研究人员将这些数据与用计算机模型计算和风洞模拟测试数据相比较，目的是用实际的数据验证用于设计高层建筑的手段和方法。

冻土地区风的作用分析——以青藏铁路沿线多年冻土为例

在广大的冻土地区,尤其是常年多风的冻土地区,空气与地面之间的热交换不仅仅表现为传导、自然对流和辐射.在风的作用下,地表上部空气的强制对流和表土层中的水分蒸发大大增强,对冻土层的热状况产生重要的影响.对于像青藏高原这样的冻土地区而言,地面上1.5 m处空气的年平均温度要比下附面层底的年平均温度低3～3.5℃以上;同时,对于表土层潮湿的冻土地区而言,水分的蒸发也将会带走土体中的大量热量.从冻土地区风作用的概念--冻土地区的风降低地表温度、促进下伏冻土发育的作用出发,分析了影响冻土地区风降温作用的诸多因素,给出在强风、表土含水量大的条件下,风作用表现得非常显著的结论.然后,通过对比、分析青藏铁路北麓河试验段的2个工程实例,验证了风的作用对冻土温度状况的重要影响.最后,给出了风作用在冻土地区若干基础工程实践中直接或间接的应用,以及利用风的降温作用来保护冻土的工程措施的使用条件和局限性.

风荷载作用下输电铁塔承载性能建模分析

为了明确风荷载对输电铁塔承载性能的影响,通过建模分析风荷载作用下输电铁塔的承载性能。应用ANSYS有限元软件自底向上建立输电铁塔有限元模型;选取节点耦合方式模拟联结螺栓,设置输电铁塔转动的约束条件;结合输电铁塔中钢材的非线性特征,分析钢材出现塑性变形情况时的应力状态;计算输电铁塔风荷载与风振系数,分析风荷载作用下输电铁塔的承载性能。模拟结果表明,该模型可将风荷载标准值平均分配至不同塔段节点上,能够有效分析风荷载对输电铁塔承载性能的影响。风荷载作用造成输电铁塔整体弯曲变形;施加的风荷载越高,输电铁塔抵抗结构变形的水平越差;风向为60°时,输电铁塔高度位移变化最大,极限承载力最小。

风和地震作用下高层建筑土-结构作用比较

根据考虑上部结构荷载相关性的近似频域方法,详细分析了各类参数(如上部结构刚度、结构阻尼、土体刚度、土体阻尼等)对土-结构相互作用效应的影响.此外,探究了在风荷载和地震作用下,土-结构作用效应对上部结构响应影响的异同.数值算例给出了带有群桩基础的实际高层结构的风、地震作用下的土-结构作用响应的比较.比较结果说明,风、地震作用下高层建筑土-结构作用效应对上部结构响应的影响规律可能是不一致的,而这主要与风、地震作用于土体结构耦合系统的位置以及风、地震作用的卓越频率有关.

基于规范的上海高层建筑风和地震作用的比较

根据中国建筑荷载规范(GBJ50009—2001)和抗震规范(GB50011—2001),比较了风、地震作用在质量、刚度均匀高层建筑上的总作用荷载、总基底弯矩响应,讨论了上海地区两种荷载作用效应相等的临界高度.比较中考虑了建筑物所在场地地貌、建筑高度、结构材料、风荷载的空间相关性等因素,对于风、地震作用的相对强弱,得出了一些有参考意义的定性结论.