风沙流及建筑物风沙荷载的研究进展与展望

我国西、北部地区风沙对建筑物侵袭严重,其作用效应大于净风荷载作用。但我国对于建筑物抗风沙设计理论及设计方法的研究相对较少,开展对风沙流及建筑物风沙荷载研究具有重要的理论与工程意义。简要回顾了风沙流的研究历史,概述了国内外对输沙通量垂线分布、输沙率模型、临界起沙风速、风速轮廓线规律和风沙两相流模型等物理参数模型以及建筑物风沙荷载的研究进展;总结了目前风沙两相流和建筑物风沙荷载研究中存在的问题;最后,提出了综合应用风沙现场实测、风沙风洞试验和数值模拟方法开展建筑物风沙荷载和风沙流场研究的发展展望。

风力发电结构在风沙荷载激励下的动力响应分析

为研究风沙荷载对风力发电结构的危害,对风力发电结构进行风沙荷载作用下的动力响应分析.基于某2 MW风力发电机,建立不考虑风机叶片、考虑叶片旋转以及考虑土-结构相互作用的三种有限元模型.采用Davenport风速谱和谐波叠加法模拟脉动风速时程,利用动量守恒定律和风沙流密度建立风沙荷载力学计算模型.通过ANSYS分别模拟三种模型在风荷载和风沙荷载作用下的动力响应.结果表明:风力发电结构在风沙荷载作用下响应较大,其作用不容忽略;采用简化的集中质量模型进行数值模拟时得到的结果偏于不安全;土-结构相互作用对风荷载及风沙荷载作用下的位移响应均具有明显的放大效应.

输电杆塔在风沙荷载激励下的动力响应分析

为了深入研究风沙荷载对输电铁塔的危害、提高我国输电线路整体的防灾减灾能力,以直线塔为研究对象,采用SAP2000软件模拟了杆塔结构在风荷载和风沙荷载作用下的动力响应.将风沙荷载简化为风荷载与沙粒荷载的叠加,并应用Matlab软件进行模拟.风荷载采用Kaimal风速谱和谐波叠加法进行拟合,沙粒荷载则基于动量守恒定律和沙尘暴天气等级进行简化.风荷载与风沙荷载作用下单塔结构动力响应特性的对比结果表明:风沙荷载、结构动力响应、塔顶最大顺风向位移均随着风沙荷载等级的增加而增大,且均大于风荷载单独作用.此外,最高等级的风沙荷载较同风速下风荷载作用的塔顶最大顺风向位移增加约26.94%.因此,在风沙灾害频发的区域,风沙荷载对输电线路的危害应予以关注.

风沙流场特性及对建筑物影响的风洞试验研究

为研究我国西北内陆地区典型地貌下风扬沙环境及双坡低矮房屋的风沙荷载特征,通过风沙两相流的风洞测力试验,分析了风速、风向角、沙颗粒粒径等参数对低矮建筑整体受力的影响。结果表明:输沙率随风速正比例增大,随高度反比例指数递减;同一风速下,输沙率从大到小的不同沙粒径依次为混合粒径、细粒径、粗粒径。相比净风而言,风剖面只在高于沙床面约30 cm的范围内发生变化;风沙共同作用对低矮建筑基底合力系数和基底升力系数都有明显的增大作用,且输沙率越大,增大得越明显。