地震和风耦合作用下超高层连体结构易损性分析

为探究超高层连体结构在多灾害耦合作用下的设计与安全性能,以苏州超塔为例,开展地震和风耦合作用下的多灾害易损性分析.根据设计资料建立结构有限元模型,分别开展结构在地震作用下以及地震和风耦合作用下的易损性分析,探究结构在多灾害耦合作用下的响应规律.结果表明,地震和风耦合作用下结构联合易损性随着地震动和风荷载强度的增大而增加,且地震动对结构的破坏占主导作用.地震与风耦合作用时结构达到中等破坏、严重破坏和倒塌破坏的概率均比仅地震作用时有所增加.当风速达到40 m/s时,结构在罕遇地震下达到3种破坏状态的概率分别为99.77%、91.56%和46.54%,相比于仅罕遇地震作用下分别提高了1.11%、10.73%和14.65%,相比于一般高层连体结构在同样的灾害耦合作用下分别提高了0.27%、6.26%和14.34%.

大兆瓦风力发电机组运行载荷与地震激励共同作用下的结构响应分析

风电机组在其全寿命服役期间持续受到风作用的同时会不可避免地遭受地震作用。文章以某大兆瓦风电机组作为研究对象,对其分别在正常运行、停机时发生地震和运行时发生地震情况下的结构变形和力学响应进行模拟分析。结果表明:风电机组变形随着塔筒高度的增加而增大,仅在地震作用下的水平位移明显小于风电机组运行状态;风电机组水平位移随着地震水平的增大而增大,且变形形态不变,越靠近塔顶,变形越明显;风电机组运行载荷对结构变形响应的影响明显大于小震和中震作用;此外,运行载荷和地震共同作用下的风电机组变形响应明显大于两种荷载单独作用下的变形响应的简单叠加,在风电机组的结构设计中,需考虑运行状态和地震激励的耦合作用;塔顶处应力响应最大,在设计中应对其截面进行重点验算。

地震和风耦合作用下连体高层建筑联合易损性分析方法研究

近年来,城市地标建筑的建设中,高层连体建筑越来越受到青睐,在其服役期内不可避免地受到风和地震等多种灾害作用。而单一灾害作用下的结构失效概率低估了结构损伤乃至倒塌的可能性,迫切需要多灾害作用下的结构安全性能评价方法。本文以苏州国际会议酒店的连体高层建筑为对象,开展了地震和风耦合作用下的联合易损性分析方法研究。首先,建立了地震和风耦合作用下的多灾害易损性函数和结构性能需求函数,形成了多灾害联合易损性分析方法。随后,选取了地震动记录,开展了基于数值风洞的结构风荷载模拟,并进行了单一灾害作用下的结构易损性分析。最后,基于均匀分布抽样了100组地震和风耦合作用的荷载组合,开展了结构多灾害联合易损性分析。结果表明,结构易损性随着PGA和风速的增大而增大;相比单一灾害作用,地震与风耦合作用下,结构各破坏状态的失效概率均有所增加;当风速达40 m/s时,罕遇地震作用下结构轻微破坏、中等破坏、严重破坏和倒塌破坏的概率相比仅地震作用时分别增加了1.13%,35.67%,84.00%和98.33%。本文研究为复杂高层建筑多灾害安全性能评价提供了可用工具和参考。

附着式升降脚手架的应用研究

在城市化进程中,高层建筑快速建设,附着式升降脚手架因安全可靠、定型化、方便操作、智能化控制、组成材料绿色低碳等优点,被广泛使用。根据国内外附着式升降脚手架的应用研究现状,分析了架体稳定性和承载力,以及风荷载作用、模态分析和坠落动力响应等规律。提出新型附着式脚手架在新节点、新体系方面的研究及应用,符合当今智能化建造、装配式建筑的需求。

某高层立体车库结构设计要点与分析

南昌市某高层立体车库,地下一层,地上27层,建筑高度53.70 m,采用钢框架中心支撑结构体系。地震作用产生的位移比风荷载作用下产生的位移小很多,结构布置主要由风荷载作用下Y方向计算结果控制。采用钢框架中心支撑结构体系,能有效控制水平位移,结构受力性能优越。主体钢构件在工厂模块化生产,现场采用高强螺栓安装,符合当前绿色施工和建筑节能减排政策,促进建筑业转型升级。本项目单体装配率为68.18%,可评价为A级装配式建筑。

输电塔-线体系罕遇地震-风共同作用下的多灾害响应研究

输电线路一般位于空旷地带,遭遇地震作用时,一般同时承受风荷载,有必要对其地震-风耦合作用下的多灾害响应进行研究。采用ABAQUS分析软件,建立某输电塔-线体系有限元模型。基于Kaimal功率谱密度函数,采用谐波叠加法进行风场模拟,生成输电塔-先体系各加载点风荷载动力时程,用以计算输电塔结构风振响应。选取三组三维地震波,分别对输电塔-线体系进行罕遇地震作用、罕遇地震-风耦合作用下的响应分析,研究风速、耦合作用时间及风向对结构动力响应的影响。研究结果表明:风荷载对输电塔-线体系罕遇地震作用下响应的影响不容忽视,其风荷载影响系数随风速的增大呈增大趋势。风荷载与地震作用耦合时间影响多灾害峰值响应,当单独作用的极值响应(正负号相同)接近于同一时刻发生时,输电塔极值响应可明显增大。风向对输电塔-线体系多灾害响应影响显著,不同风向的风荷载可能增大也可能减小输电塔在罕遇地震作用下峰值响应。

风机塔架水平位移角计算方法与应用

风力发动机塔架顶端水平位移过大易引起振动从而影响运行安全,许多学者提出积分计算塔架水平位移公式。鉴于此,运用动量定理推导了风轮传递的水平推力公式,利用叠加原理给出了多阶柱位移公式,是避免了复杂积分的风机塔架水平位移角简化计算方法,并结合措美哲古风电场风机塔架给出了应用实例。

海上风机基础试验加载系统设计与建造

发展海上风电是我国“陆海统筹发展战略”的重要组成部分,也是实现“双碳”目标的重要举措。模型试验法利用模型与原型通过缩尺进行相似模拟试验,可定量和定性研究风机基础的承载性能,是一种常用的研究方法。文章介绍了一套考虑海上复杂环境致使基础受到复杂-复合荷载作用的模型试验加载系统,通过设置不同风荷载、波浪荷载、洋流荷载参数,实现多向、多种海洋环境荷载的长期-反复作用,能很好地模拟海上风机基础受荷。

风载荷作用下圆柱形罐的有限元分析

储罐除了受自重、液体内压作用外,还受到风载荷的作用,从而在储罐中产生应力,应力过大会引起储罐的损坏。提出风载荷作用下圆柱形储罐分析的位移有限元法,根据圆柱形储罐属于轴对称壳体这一结构特点,用圆柱壳单元和圆环壳单元将其离散化,单元之间以结点圆相连接,风载荷和位移沿环向展开成三角级数,降低了计算维数,减少了计算工作量。用编制的有限元分析程序对一个算例的计算表明,该方法能方便有效地计算风载荷作用下圆柱形储罐的应力,可为圆柱形储罐的设计提供理论依据。

风雨耦合环境结构荷载与响应的分析及试验研究

采用理论分析及试验研究方法对风雨共同作用下的结构荷载与响应进行了研究。首先在确定风雨联合作用概率模型的基础上通过对降雨作用特性的分析,比较了雨滴冲击作用模型和空气密度等效变化模型对建筑结构等效静力的作用性能;其次,基于高精度风雨耦合荷载环境模拟试验设备,进行了风雨定常气动力荷载模型高频天平测力试验,研究了简单几何形体的风雨定常荷载变化规律;然后,采用二维悬挂系统测振试验方法,研究了风雨非定常气动力荷载模型及其结构振动响应特点;最后,对缆索承重桥梁拉索风雨激振现象进行耦合荷载环境参数精细化控制试验,揭示了拉索空间姿态、拉索动力特性、来流风速和不同雨强组合等条件对拉索风雨振的影响规律。

输电线路杆塔疲劳可靠性研究

结合输电杆塔的结构和环境荷载的概率分布特征,以结构疲劳损伤和设计使用寿命为控制条件,在对杆塔结构进行合理简化与风雨荷载随机分布有效建模的基础上,提出一套完整有效的分析杆塔结构在环境荷载作用下发生疲劳损伤、疲劳破坏的可靠度分析方法。以实际杆塔在模拟环境荷载条件下的疲劳可靠性分析为例,分别采用一次二阶矩法和完全分布法计算疲劳失效概率,并考察峰值分布假定、荷载组合与相关参数对结构疲劳可靠度的影响程度。分析结果表明,疲劳可靠度指标与峰值应力假定和风荷载的相干程度有关;结构失效概率随着风暴发生频次和持续时间的增长而增加,计入雨荷载时尤为如此。

地基不均匀沉降和风载荷联合作用下的大型储罐屈曲分析

为了研究大型储罐在地基不均匀沉降和风载荷联合作用下的屈曲稳定性,提出了一种屈曲数值模拟方法。针对储罐实际结构合理简化后建立几何模型,施加不均匀沉降和风载荷等边界条件,建立了二者联合作用下的储罐屈曲数值模拟方法,并以某20 000 m3固定顶油罐为例开展了屈曲分析。结果表明,相比于无地基不均匀沉降的储罐,具有地基不均匀沉降的储罐的抗风稳定性被削弱,削弱程度与地基不均匀沉降沿罐周的分布规律有关;且储罐易在向上提离幅值最大处对应的罐壁区域发生风致屈曲。

风浪流共同作用下海上风电基础与海床的动力响应分析

我国近海风资源丰富，但由于海洋环境条件的复杂性，开发利用近海风资源的规模和效益受到很大的制约；而风、波浪和海流等作为近海主要环境荷载对近海风机的正常运行起到决定性作用。采用谐波叠加法模拟得到近海风电场的风荷载时程，利用Morison方程和非线性波浪理论推导了波浪荷栽和波流荷栽的计算公式，最后根据Turkstra准则将风浪流荷载进行叠加组合，建立风浪流荷载共同作用下海上风电基础与海床动力相互作用的三维有限元计算模型。基于此模型，针对不同荷载组合条件下风机塔筒的水平位移、竖向应力以及基础的水平位移、桩身弯矩、桩身剪力等进行了动力分析，同时对风浪流荷载共同作用下桩基础周围海床的超孔隙水压力响应进行了计算分析，讨论了不同的荷载参数对海床超孔隙水压力的影响。结果表明：风荷栽对风机塔筒顶端水平位移、塔底应力影响较大，波流荷载对风机基础顶端水平位移、桩身弯矩、桩身剪力影响较大，而波浪荷栽则对海床孔隙水压力影响较大。可取最大风荷载和最大波流荷载叠加波浪荷载时程的组合为最不利组合方式。

输电塔线体系的风(雨)致振动响应与稳定性研究

根据输电塔线体系在风(雨)激励下破坏的实际状况,建立了'三塔两跨'有限元分析模型,其中,输电塔采用三自由度梁单元,导(地)线采用索单元;提出雨荷载的计算方法以及与风湍流共同作用于输电塔线体系的荷载组合原则;分析输电塔、导(地)线和结构体系的结构动力特性及其相互关系;采用数值模拟方法,建立设计与灾害荷载的不同工况组合,分别在时域和频域内对输电塔的动力响应规律进行分析;采用结构主要组件(如主立柱杆件和输电线)强度分析的方法,分析结构强度的变化和灾害发生的可能性原因。研究表明:输电塔线体系的运动耦合性对结构动力特性有不容忽视的影响;降雨对输电塔线体系的响应具有明显影响,且有与风湍流同时作用的激励特征;结构体系发生连续倒塔破坏的原因是风雨共同作用,结构局部动态受压失稳造成的。

地震作用下门式刚架轻型房屋钢结构的设计与分析

在《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS102∶2003)中,对地震作用下门式刚架轻型房屋钢结构的设计作了专门的规定。通过算例分析,分别讨论了地震作用组合工况对几种型式门式刚架轻型房屋钢结构的影响,藉以探讨门式刚架设计过程中地震作用的计算和抗震措施等问题。

风雨共同作用特大型冷却塔表面风荷载与作用机理

强风暴雨极端气候条件下,暴雨会直接影响塔筒表面气动力并改变脉动风的湍流特性,而传统研究大多仅关注风单向驱动雨对于结构表面的冲击力.为解决该问题,针对中国已建成的高为210.0 m的超大型冷却塔,首先基于计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)手段采用连续相和离散相模型分别展开风、雨场的模拟计算.在此基础上,揭示风雨场雨滴运行速度和轨迹的作用机理,并针对9种不同风速和降雨强度组合的塔筒内、外表面风雨荷载,雨压以及等效压力系数等展开定性和定量的对比分析.提出的超大型冷却塔风雨等效内、外压系数可以很好地预测此类极端条件下的表面荷载取值.

半潜式海洋平台风场模拟及风浪致结构动力效应分析

研究半潜式海洋平台风压风载模拟,分析风浪致结构动力效应。以我国先进的海洋石油981平台为工程背景,运用FLUENT软件进行脉动风作用下结构的非稳态分析,针对平台不同倾斜度,计算不同入射风向角下平台的整体风载荷,确定最不利工况条件。利用ANSYS软件建立半潜式海洋平台主体和锚泊系统的一体化有限元力学模型,数值模拟随机风荷载和随机波浪荷载,计算最不利工况时在风浪荷载联合作用下半潜式海洋平台结构系统的动力响应,分析其动力响应规律,为海洋平台的设计及安全运行提供依据。

风浪夹角变化对海上浮式风机系泊的影响

海上风机结构的设计中通常只考虑共线风浪。然而浮式风机的动力特性与传统的固定式风机有显著不同,风浪荷载对其结构的影响仍需进行深入研究。为探究风浪夹角变化对浮式风机系泊的影响,采用FAST-Orcaflex软件建立了浮式风机的耦合模型并进行了时域分析,得到了多种代表海况及不同风机运转状态下系泊的张力和平台的运动响应,并对模拟结果进行了分析。结果表明:共线风浪会造成最大的系泊张力以及除艏摇外最大的平台运动响应;但在温和海况下,风机停机时,不共线风浪会造成更大的系泊疲劳损伤。因此建议:在评估温和海况下系泊的疲劳损伤时,至少考虑风机停机状态下风浪夹角为0°和90°的工况;在系泊的疲劳寿命评估中,应结合风浪作用方向散布图,考虑温和海况下的风浪不共线工况。

铁路桥式车站轻型站台雨棚设计要点分析

简述我国铁路站房站台雨棚的发展历程。随着西部铁路的快速发展,出现了越来越多的高架站站房,桥式车站轻型站台雨棚便应运而生。针对桥式车站轻型站台雨棚特殊的边界条件,讨论雨棚风荷载、列车风及地震作用的合理计算方式,并给出合理取值建议;作为桥上结构,提出整体式雨棚柱柱脚构造,既方便雨棚柱后期的安装,又保证雨棚柱柱脚的嵌固刚度;通过优化屋面檩条体系、细化单层压型钢板屋面构造及大样,有效地提升了桥式车站轻型站台雨棚的美观和安全性,对推动铁路站台有柱雨棚标准化建设具有积极的意义。

接转站抗震和抗风性能的有限元分析

为进一步解决新疆地区接转站在地震作用和风荷载作用下的稳定性和强度问题,以I型电驱集气站为工程背景,运用有限元软件ANSYS对接转站进行抗震、抗风性能研究.结果表明:构建的有限元模型可以有效地用于接转站的抗震和抗风性能分析;结构的最大位移出现在屋架横梁处;屋架横梁、柱和基础相互连接处存在应力集中现象.与常规的抗震、抗风设计相比,用有限元软件对结构进行动力响应分析的结构更直观,能更好地模拟结构在实际地震和风荷载作用下的变形和应力分布.