1000 kV特高压变电构架风荷载及风致响应

1000 kV特高压变电构架高度大、频率低,其风荷载及风致响应对结构设计起控制作用。通过高频天平测力风洞试验获得1000 kV特高压变电构架塔架节段(A~D节段)、横梁和整体模型的基底剪力和弯矩,分析地貌类型和风向角对体型系数的影响规律,并与国内外相关规范进行对比分析,利用有限元方法计算结构风致响应并详细考察不同地貌下结构位移响应及风振系数随风向角的变化规律。研究结果表明:0°风向时,模型节段A~D三类风场(均匀流、A类和B类)体型系数之比分别为1∶0.93∶0.42、1∶0.86∶0.36、1∶0.84∶0.41和1∶0.60∶0.23。90°风向时,整体模型在三类风场下的体型系数均取得最大值3.40、2.42和0.97,比DL/T 5154—2012和ASCE7—16规范值大24%~40%。此外,结构塔顶位置X和Y方向位移响应均方根值分别在90°和0°达到最大值69.66 mm和61.51 mm,塔顶典型节点X和Y方向风振系数分别在0°和90°风向取得最大值2.61和3.27。

井筒对特大跨越输电塔风致响应的影响

采用数值模拟方法研究井筒对特大跨越输电塔风致响应的影响,提出钢管混凝土杆采用钢管杆等代的等效建模方法,采用时域法和频域法研究有无井筒输电塔在顺线路和横线路方向的风致响应,最后将风振系数结果与规范规定值进行比较。研究表明:利用截面刚度等效原则进行钢管混凝土杆等效为钢管杆的方法是可行的;考虑井筒后输电塔的前两阶自振频率降低明显,输电塔的位移和加速度均增大;时域法和频域法的计算结果接近;有井筒输电塔的整体风振系数比无井筒输电塔大11%~15%;风振系数计算结果与《架空输电线路荷载规范》(DL/T 5551—2018)的规定值比较接近。

高墩格构式支架风致响应和扭转效应分析

针对格构式高支架杆件长、直径小、整体结构轻极易受到风荷载影响的问题,采用有限元模拟的方法建立四腿和六腿格构式高支架精细有限元模型,并通过时域法对模型进行修正,得出格构式高支架在10级风荷载作用下的位移,获取风振系数并对扭转响应和扭转风荷载进行分析。结果表明,四腿单柱格构式高支架在10级风下纵桥向的最大位移为85.9 mm,六腿格构式高支架在10级风下纵桥向的最大位移为42.8 mm,精细有限元模型可以很好地模拟两种不同工况下风荷载对杆件的影响。

强风下百叶窗翅片风致响应的风洞试验研究

为考察建筑工程中常见百叶窗翅片结构的抗风性能,通过1:1实物模型的风洞试验研究典型测点处的风致响应,获得百叶窗表面的风致响应分布规律及其随风速的变化特性。试验结果表明:风速43 m/s,即14级强风下,百叶窗抗风性能良好,翅片结构上各测点处风致响应分布不均匀,百叶窗边缘和中心加强杆附近的响应相对较小;极端强风下中心加强杆附近的响应迅速增加;风致响应随风速增加而增大,风速65 m/s时风振出现最大值,风速76 m/s时叶片将出现塑性变形和裂纹,最大不可恢复塑性变形量达21.6 mm;翅片阵风荷载因子变化范围为1.19~1.56。

基于分离涡方法的标准CAARC模型流固耦合风致响应分析

为了研究流固耦合效应对高层建筑结构的风致响应影响,以标准CAARC(commonwealth advisory aeronautical research council)高层建筑模型为研究对象,基于CAARC模型的物理特性建立了气弹性模型,用一种新的湍流脉动流场产生方法(dis-cretizing and synthesizing random flow generation,DSRFG)生成入口湍流,采用分离涡方法对该建筑进行了单、双向流固耦合数值风洞模拟。将模拟结果与风洞试验结果进行对比。结果表明:结构的气弹特性与风洞吻合,分离涡方法在模拟非定常风场有较强的适用性和准确性。考虑了流固耦合的双向有限元模型与未考虑流固耦合的单向有限元模型,在流场和风致响应方面均有较大差异,流场方面,双向模型比单向模型有着更广泛的近尾流区域;响应方面,除阻力系数外,双向模型较单向模型响应有减小趋势,其中结构顺风向也更易受流固耦合效应影响。在较低的结构阻尼下,耦合效应产生的气动阻尼对结构响应影响较大,高层建筑流固耦合效应不可忽略。

多层冷弯薄壁型钢结构房屋风致响应试验

多层冷弯薄壁型钢结构房屋属于风敏感结构,为研究基本风压及风向角等因素对该结构房屋风致响应的影响,对某4层房屋缩尺气弹性模型进行了风洞试验。结果表明:随风向角增加,顶层侧移先增大后减小,风向角为90°时又增大,且为横风向振动所致,但仅当风压达到1.18 kN/m^(2)后顶层侧移才超限,在风向角为45°时各层层间侧移均超限;随风向角增加,加速度先减小后增大,在0°和90°时来流引起的横风向振动对加速度影响明显,当基本风压大于0.6 kN/m^(2)时,建议采用增加阻尼等措施减小加速度过大带来的振动问题;随偏角增加加速度呈非线性变化,功率谱中高阶振型贡献明显,在风致加速度响应计算中应对高阶振动给予更多考虑,且自振频率应避开加速度峰值段的频率。

塔式光热电站定日镜结构风致响应与振动控制研究综述

光热发电技术是太阳能利用的重要手段之一,其中,塔式光热发电技术因其大规模储能等优势,具有较好的应用前景。定日镜作为塔式光热电站的重要单元,其抗风安全性直接影响电站的正常运行。从结构体系、风荷载、风致响应与振动控制等方面对定日镜结构抗风设计中的关键问题进行文献综述,得到以下结论:定日镜主要采用“大尺寸反射镜+框式镜架+独立柱式基座”的结构形式;风荷载模拟中存在定日镜的尾迹区湍流分析困难、镜体峰值荷载难以预测及缺乏实测值验证等问题;风致响应受来流风湍流强度、定日镜工作角度及镜场布置等因素影响较大;风致振动控制可通过挡风墙物理隔离、调整定日镜结构形式以及采用减振器控制等技术手段实现。然而,镜群风干扰效应、来流风—定日镜结构流固耦合及微振控制技术等研究有待进一步开展,以期为提高定日镜结构的抗风安全性提供技术依据。

脉动风作用下塔线体系的风致响应特性分析

塔线体系是输电系统的基础,风载荷作为塔线体系所受的主要载荷,在风载荷下塔线体系的结构安全分析十分重要。考虑脉动风载荷的影响,采用Kaimal风谱与谐波叠加法,拟合确定了脉动风速,并考虑了风速沿高度的变化情况。基于ABAQUS有限元软件,建立“四塔五线”的典型耐张段模型,分析不同风速、风向角对于塔线体系结构动力响应的影响机制。通过对杆塔塔头位移、杆塔底座支反力以及塔线体系的应力集中部位的分析得出:随着风速的增大,重力塔与张力塔在两个方向的塔头位移幅值增大;随着风向角的增大,张力塔在两个方向的塔头位移幅值增大;重力塔在垂直于塔线体系方向的位移幅值增大,沿塔线体系方向的位移幅值先增大后减小,在45°时达到最大幅值。杆塔的应力集中点基本位于杆塔的钢材集中处。

细长矩形超高层建筑风荷载与风致响应特性

考虑周边建筑的影响,对一高宽比接近8的细长矩形截面超高层塔楼的风荷载和风致响应特性进行了分析。利用风洞试验首先获得了塔楼的表面风压时程及整体体型系数等参数,考察了体型系数沿高度的变化规律及与规范值的异同点。再将风荷载时程施加于塔楼各结构层,通过时程分析获得了各结构层的等效静力风荷载、顶层峰值位移和加速度等抗风设计参数,探讨了不同风向角下这些参数的变化特点及其与规范计算值的差异。结果表明,该细长超高层塔楼的横风向峰值加速度明显大于顺风向之值,且邻近高层建筑的存在未能对其形成明显减弱效应;但邻近建筑对塔楼的横风向等效风荷载有较大影响,由规范计算的横风向等效风荷载与试验值存在较大偏差,这与规范值未考虑邻近建筑的影响有关。可见此类细长超高层建筑的风荷载及风致响应参数采用考虑实际周边环境的风洞试验结果更趋合理。

附着式升降脚手架的脉动风风致响应分析

附着式升降脚手架在高空作业时主要承受风载荷,实际中风载荷是十分复杂的动函数。为了提升附着式升降脚手架在高空工作时的安全性设计水平,以河北唐山某地升至60 m高空作业时的附着式升降脚手架为研究对象,根据Davenport风谱在MATLAB中模拟了60 m高空的脉动风载荷,将模拟的风载荷值导入ANSYS对脚手架进行了脉动风致响应分析,得到在200 s脉动风激励时程内脚手架的顺风向最大位移为11.651 mm,该方法及分析结果对于工程中抗风设计具有很大的参考价值。

基于物联网的超高支撑体系施工中风致响应分析

在我国基建日益发展的背景下,建筑结构形式趋向复杂,超高支撑体系在工地应用也日益广泛。但目前,针对超高模板支撑体系进行长期且有效的风致响应研究尚不充足,最普遍的测量法又存在诸多不便。因此,为研究在风荷载及上部施工荷载耦合作用下超高支撑体系安全性,以某工程中超高支模架为依托,利用物联网系统实时获取支模架偏移量变化情况。结果表明,超高支模架在耦合作用下偏移量存在明显波动,且暴露于风环境下的支模架偏移量明显大于未暴露的支模架。综上所述,该实测数据可为研究风荷载下超高支撑体系状态提供数据支撑。

考虑台风影响的大型风力机风致响应特性研究

与良态风场相比,台风场会显著影响风力机受力性能。为解决此问题,采用中尺度WRF和小尺度CFD对“鹦鹉”台风进行精细化数值模拟。并以某风电场5 MW大型风力机为分析对象,结合ANSYS软件重点对台风场和良态风场下风力机耦合体系风致响应、受力稳定性以及极限承载力等进行对比分析。研究结果表明:对比良态风场,台风作用使风力机表面三维气动力分布模式更加复杂,且明显增大了机舱-叶片-塔筒一体化耦合体系的结构响应,同时大幅降低了结构整体屈曲稳定和极限承载能力,主要结论可为此类风力机在台风环境下的受力预测提供参考。

考虑土-结相互作用大型风力发电结构风致响应分析

以南京航空航天大学自主研发的某5MW大型风力发电结构为研究对象,建立考虑叶片离心力的"叶片-机舱-塔架-基础"一体化有限元模型,并通过在基础和土体交界面上设置质量弹簧和阻尼器来考虑土-结相互作用(简称SSI)效应;然后基于谐波叠加法和改进的叶素-动量理论模拟考虑旋转和相干效应的风力发电结构脉动风场;最后进行风力发电结构的风致响应分析。结果表明考虑SSI效应的大型风力发电结构风振响应具有多振型响应和多模态耦合特性,叶片和塔架的风致背景、共振响应及其耦合项作用机理不同。研究认为SSI效应对大型风力发电结构的风致响应影响明显。

既有铁路桥梁声屏障的高速列车脉动风致响应

采用SAP2000有限元软件,建立了既有桥梁声屏障的有限元模型,混凝土插板与H型钢立柱之间的连接采用位移和转角弹簧模拟.探讨了脉动力采用多点输入和一致输入,跨度16,24和32 m的铁路桥梁声屏障的动力响应,分析了声屏障的位移峰值、弯矩峰值和动力放大系数的分布特征.结果表明,常用跨度铁路桥梁声屏障的行波效应系数均小于1;声屏障立柱的位移和挑梁弯矩的最大值随桥梁跨度增大而减小;声屏障挑梁刚度过小,跨度16 m的铁路桥梁声屏障立柱的最大位移达15.5 mm.

大型冷却塔风致响应的干扰效应

为了研究渡桥电厂冷却塔的群塔干扰效应,采用呈倒品字型布置的3个冷却塔进行简化分析.变化塔间距和风向角,进行180个工况的风洞试验.基于试验结果进行风致响应的计算和干扰效应分析,将干扰计算结果作为渡桥电厂塔群干扰的参考.研究表明:在单塔情况下,冷却塔横风向底部剪力系数的平均值几乎为零,极大值较大;冷却塔壳体在风荷载作用下拉应力主要出现在迎风面的中下部;在三塔情况下环向薄膜应力的干扰系数均小于1,子午向薄膜应力极大值的干扰系数基本上均大于1,最大值达1.57.

基于连续气弹模型的超高烟囱风致响应风洞试验研究

以某300 m超高烟囱为例,介绍了将连续气弹模型应用于超高烟囱抗风设计的风洞试验方法和试验结果。选用DEVCON胶剂,采用开模灌胶再拆模的方式,制作了连续壳体气弹模型,模拟了烟囱的几何外形和动力特性;基于刚性模型测压试验,确定了模型表面粗糙条的设置方式,以模拟实际烟囱风荷载的雷诺数效应;将刚性模型雷诺数效应模拟方法应用到连续壳体气弹模型上,对气弹模型进行吹风试验,获得了该烟囱的风致响应。气弹模型试验结果表明:该烟囱在平滑流场会发生一定程度的涡激共振现象,在实际湍流场中没有出现涡激共振现象,但横风向动态位移仍然显著大于顺风向动态位移;将试验结果与既有实测结果进行了对比,检验了该试验数据的可靠性。该试验方式和试验结果可为类似工程的抗风设计提供参考。

悬索桥超高桥塔的刚度和风致响应

为了探讨悬索桥超高桥塔的刚度和风致响应问题,围绕顺桥向A字形布置混凝土桥塔(不同底部张开量)和顺桥向独柱形布置混凝土桥塔(不同塔柱截面)展开研究。利用有限元分析软件建立了2种类型桥塔的裸塔自立状态有限元模型,计算对比了桥塔刚度以及静风响应,同时采用时域分析方法计算桥塔的抖振响应,对比分析了在桥塔横向构造形式一定的前提下,不同类型方案对超高桥塔刚度和风致响应的影响。分析结果表明,顺桥向A字形桥塔的整体刚度较独柱形桥塔大;在顺桥向静风作用下,独柱形桥塔塔顶位移比A字形桥塔大得多;在顺桥向脉动风作用下,独柱形桥塔塔顶抖振位移响应的脉动程度远大于A字形桥塔。

风力机塔架-叶片耦合模型风致响应时域分析

基于风力机塔架-叶片耦合模型,采用改进的叶素-动量理论模拟了考虑平稳风修正、叶片旋转效应和空间相干性的风力机气动载荷,并基于有限元方法对该耦合模型进行了动力特性分析和风致响应时域计算.基于目标响应时程探讨了风力机塔架-叶片耦合系统在随机风荷载作用下的动力响应特性,并与不考虑叶片影响的风力机塔架风致响应进行对比分析.研究表明,在进行风力机的抗风设计时,应该考虑塔架-叶片的耦合作用.

冲击风作用下大跨屋盖多模态随机风致响应研究

雷暴冲击风是一种近地面短时产生的瞬态强风,它与传统的边界层风场特征具有明显的差别,冲击风将会引起屋盖的强烈振动,甚至发生破坏。本文根据混合随机模型,详细研究了冲击风风场的数值模拟方法。应用Wood竖直风剖面方程与Holmes经验模型模拟平均风场,使用稳态高斯随机过程模拟脉动风场,模拟的风场与实际的雷暴冲击风较为一致。结合多阶模态加速度法和等效风荷载原理,详细推导了大跨屋盖随机风致响应的计算方法。结合边界层风洞试验,比较冲击风产生的表面风压特性,计算得到屋盖冲击风致动力响应时程,并研究了冲击风作用下大跨屋盖荷载风效应系数和位移风效应系数的分布特点。研究结果可作为评估大跨屋盖冲击风致响应的一种参考。

山地超高层建筑风致响应研究

风在山地地形的干扰下,其幅值和空间分布规律相对平地均会发生较大改变,尤其是山顶处风速有明显增大。如果不考虑山地的影响,仍然用平地边界层风场进行高层建筑维护结构和整体结构计算将偏于不安全。以前对山地风场的研究多限于平均风的变化,而对于脉动风的湍流特征和频域特性较少提及,且缺少山地与平地风场中超高层建筑风致响应计算的对比。本文建立了钟形、高斯形、余弦型几种轴对称三维山体模型,通过数值计算得到了不同山体坡度下山顶平均风加速比。计算结果显示,山顶平均风有较大的增大效应,最大加速比可达1.7,且反函数拟合结果与模拟结果更加吻合。通过与风洞试验结果的对比可见,平均风的数值模拟有较高准确性,湍流与试验相比还有一定差别。通过某超高层建筑的风振响应分析表明,山地风的增大效应对超高层建筑整体响应计算不可忽略,位移响应增大比例最大可达20%。