Experimental study of wind loads on cylindrical reticulated shells

The cylindrical reticulated shell structures without side walls, which are normally arranged in pairs, are usually used as dry-coal sheds in a thermal power plant. The wind loads of these shells do not exist in standards or codes. Therefore, this study investigates the mean and fluctuating wind loads on a cylindrical reticulated shell with a rise-to-span ratio of 0.39 through a series of wind tunnel tests. The characteristics of the wind pressures on the upper and lower surfaces and the net pressures are presented. The results show that the wind direction and another shell structure significantly affect the wind loads on the principal shell. The most unfavorable wind direction is around 30~, whereas the effects of the wind field and the height of the coal stack are small. The surfaces of the shells are divided into nine blocks, and the block mean and fluctuating （rms） pressure coefficients suitable for engineering applications are given as references for wind load codes.

两种类型干煤棚的表面风压与整体风荷载对比

通过测压风洞试验对比三心圆型和子弹头型干煤棚的风压分布和整体风荷载,分析两类干煤棚体型系数随风向角的分布,将干煤棚的体型系数与规范值进行对比,比较两类干煤棚随风向角的整体风荷载,给出子弹头型干煤棚中间与两侧的整体力系数。研究表明:三心圆型干煤棚在墙面正迎风情况下屋面迎风侧负压较大,中间及背风侧负压较小;两类干煤棚的极值负压均出现在斜风向的顶部附近;侧面正迎风情况下GB规范的正压小于试验值,AIJ规范和EN规范的负压大于试验值,体型系数随角度变化剧烈,规范中分段体型系数表达并不合理,提出基于三角函数的体型系数拟合公式;三心圆型干煤棚升力系数小于同样矢跨比的子弹头型;从设计控制角度三心圆型干煤棚的整体平均风荷载小于子弹头型。

斜拉索干索驰振机理的数值模拟与试验研究

采用数值模拟和风洞试验方法,对斜拉索干索驰振机理进行研究。基于FLUENT商业软件平台,研究斜索和直索的风压系数、平均气动力系数、脉动气动力系数的轴向相关性等;进行粒子图像测速(PIV)风洞试验,对斜索尾流进行可视化显示,研究斜拉索背后的轴向流特性。研究结果表明:斜索的平均升力系数在特定的倾角和风攻角下会发生突降,其驰振力系数为较大的负值(-4.74),可能会发生驰振;斜索各截面气动力的轴向相关系数比直索要小,甚至会出现负的相关系数;在平均气动力系数突降的风攻角下,尾流中的轴向流不是非常明显,轴向流对于干索驰振的影响值得进一步定量研究。

干扰条件下煤棚结构风致干扰特性研究

邻近煤棚及内部煤堆的干扰导致干煤棚结构的风致响应特性非常复杂。基于刚性模型风洞试验的结果，采用平稳激励下随机振动的模态叠加法（CQc法）计算了干煤棚结构的风致响应，研究了有（无）干扰条件下干煤棚的风致响应特性。首先分析了无干扰状态下煤棚结构的风致响应，指出当风向与正方向偏向30°～45°时峰值响应出现最大绝对值。接着定义了位移峰值干扰因子，研究了不同风向时，在外界干扰及不同风场影响下干扰效应的特点，指出了干扰效应比较显著的情况。同时发现尽管存在干扰很大的情况，但对于起控制性的工况，外界于扰的存在仅仅使最大峰值响应相对无干扰时略为增大。

干热河谷区大跨度钢桁梁悬索桥颤振性能研究

针对某跨越干热河谷区深大峡谷的千米级钢桁梁悬索桥,通过节段模型风洞试验对其颤振性能进行了研究,确保了结构的颤振稳定性。首先,采用ANSYS软件对桥梁结构的动力特性进行了计算分析。然后,设计了相应的试验模型,并分析了竖弯阻尼比和扭转阻尼比对桥梁颤振性能的影响。最后,提出了一种气动优化措施使桥梁的颤振稳定性满足要求。研究结果表明:该钢桁梁悬索桥的颤振形态以扭转振动为主,因此,扭转阻尼比的改变对其颤振性能的影响将明显大于竖弯阻尼比;大风攻角来流下桥梁的颤振临界风速将会降低,如果封闭桥面系的中央开槽并在其下侧设置竖向中央稳定板,可以使该悬索桥的颤振临界风速满足颤振检验风速的要求。

干扰效应下煤棚结构风致响应研究

基于刚性模型风洞试验的结果,研究了有(无)干扰条件下干煤棚的风致响应,采用平稳激励下随机振动的模态叠加法(CQC法)进行计算.对各个风向下干煤棚关键区域的平均响应、脉动响应及峰值响应进行了详细分析,发现各种干扰条件下相同区域的最大响应尽管数值上的大小有所不同,但随风向的变化规律却类似.从阵风响应因子、背景共振响应及响应谱特性等角度,分析了不同风场及外界干扰下煤棚结构的风致响应特点.研究发现,当施扰煤棚分别出现在受扰煤棚的上游和下游时,平均响应对总响应的贡献、背景响应对动力响应的贡献均有不同特点;尽管干扰条件差别较大,但仍是特定的模态对动力响应贡献较大.

干煤棚网壳风荷载体形系数取值的探讨

贵州黔西电厂干煤棚跨度为180m,为确定干煤棚设计风载以及干煤棚纵向长度对风载分布的影响,在北京大学环境与湍流研究国家重点试验室分别进行了90M和181.5M的风洞模拟试验,经过数据分析,其结果可以供设计同类型工程或者干煤棚扩建时参考。

气动力模拟非接触式加载方法研究

介绍了一种地面电磁干风洞的实验方法,可以利用电磁场和安培力实现气动力的模拟,在不接触模型的条件下对模型进行静态和动态加载。这在一些非气动力因素起主导作用的多学科动力学过程的研究中具有重要意义。为了验证实验技术的有效性,进行了一系列的验证试验,给出了静载荷试验和动态准模态试验的结果,证明了实验技术的可行性和有效性。试验结果与经典有限元仿真计算结果基本一致,研究表明,电磁干风洞装置可以准确地进行加载,取得合理的试验结果。

高低双干煤棚风荷载特性试验研究

为研究高低不同的两干煤棚在不同风向角下相互干扰的风荷载特性变化规律,采用刚性模型风洞测压试验的方法,通过对比0°风向角和180°风向角、45°风向角和135°风向角的体型系数,分析了高干煤棚和低干煤棚相互干扰时体型系数的变化规律。结果表明:高干煤棚处于上游时顶部风吸力较处于下游时降低,低干煤棚处于上游时顶部风吸力较处于下游时增大。45°风向角时,低干煤棚处于下游,顶部风吸力沿纵轴线方向变化明显。

基于电磁干风洞的大柔性结构准模态试验研究

结构的频率是结构的重要动力学特性,对于飞行器来说,当机翼等大型结构在非定常气动力作用下发生变形时,其频率也会发生变化。本文介绍了一种地面电磁干风洞试验方法,利用电磁场和安培力实现气动力的模拟,在不接触模型的情况下对模型进行静动态加载。基于这种新的试验技术,建立了一种地面电磁干风洞实验方法,利用电磁场和安培力实现气动力的模拟,可有效实现对模型结构的非接触式静态和动态气动力跟随加载。利用该实验系统,研究了静动态条件下,结构质量、刚度分布对飞机内载荷的影响;结构变形对结构动力学特征的影响。结果表明,结构的弯曲变形会影响结构的弯曲和扭转频率,结构的质量和刚度分布会对结构内载荷产生较大影响。这种新的试验方法有利于研究大柔性结构的气动弹性特性,对新型飞机的设计和研制具有重要意义。

螺旋线参数对斜拉索气动特性影响的试验研究

斜拉索的大幅振动问题,例如风雨振、干索驰振,是桥梁设计和研究人员关注的问题之一。为了防止风雨振的发生,在斜拉索表面设置螺旋线是一种常见措施。而在进行螺旋线直径、间距选取时,只关注其对风雨振的影响,未考虑对干索驰振的影响。为了明确不同螺旋线参数组合对风雨振、干索驰振振动特性的影响,通过风洞试验的方法,在风速6 m/s^50 m/s范围内,在有、无人工模拟降雨环境下对不同螺旋线参数组合斜拉索进行测振试验,得到斜拉索模型振幅随螺旋线参数的变化规律。研究结果表明:总体而言,设置螺旋线后,斜拉索振幅减小,但斜拉索的振幅并非随螺旋线直径单调改变,呈现先增大后减小的趋势,螺旋线直径增大到某一数值时,振幅最大,工程应用中应慎重选择螺旋线的直径;随着螺旋线间距的增大,斜拉索振幅逐渐减小,设置螺旋线后,干索驰振的振幅明显减小;对于同一间距,螺旋线直径改变对干索驰振的影响不明显,对于同一直径,螺旋线间距小于临界间距后,螺旋线间距的改变对干索驰振的影响不明显,螺旋线间距大于临界间距后斜拉索发生明显振动。

亮化灯具对既有斜拉索风致振动影响的试验研究

为了装点城市夜景,对既有大跨度斜拉桥进行光彩亮化改造已成为一种趋势,但是安装照明灯具将显著改变斜拉索的气动形状,影响结构气动稳定性。为保证结构的安全及耐久性,通过风洞试验研究了安装灯具后斜拉索的抗风性能,评价亮化灯具对既有斜拉索产生的影响。以三种不同管径斜拉索为研究对象,制作了几何缩尺比为1∶1的节段模型,开展了测力和测振的风洞试验。研究结果表明:灯具的存在将显著改变斜拉索的气动外形,提高其背风侧漩涡脱落的频率,使斜拉索在更低的来流风速下就具备发生涡激共振的可能性。此外,灯具对斜拉索风雨激振的影响较为有限,对斜拉索干索驰振有一定的抑制作用。

直流式低速风力试验平台的设计改进

搭建设计直流式风力试验平台,使用皮托管在试验段不同位置及不同深处进行风流的速度,压力及温度测试,并采用蜂窝器和整流网对平台的流场品质进行改进,对于风流的均匀性及稳定性进行测试及比较,结果表明,改进后的直流式试验平台具有良好的风流流场,具备开展小模型的吹风试验的基本条件。

济宁大跨度干煤棚网壳结构抗风及稳定性分析

以济宁市某大跨度干煤棚项目为背景,对结构的抗风和稳定性能进行了研究.首先为确定这种大跨度结构的风荷载取值,进行了风洞测压试验,获得结构的风压系数和风压,通过数据处理得到结构的极值风压,并进行数值模拟分析得到结构风致响应.之后,应用有限元软件ANSYS分别计算了结构的线性屈曲特征值、几何非线性及几何、材料双重非线性的极限承载力,讨论了不同初始缺陷值对结构极限承载力的影响.结果表明:结构主要在迎风面受风压力,在顶部和背风面受风吸力,其顶部的风吸力在0°风向角下达到最大;结构位移响应以竖向为主,在180°风向角时出现较大位移;结构在线性屈曲分析下的承载力较高,在不同初始缺陷下结构的极限承载力稍有降低,考虑几何和材料双重非线性后的结构承载力相较于线性分析降低了75%,但仍高于设计荷载,满足规范要求.

大型间冷塔展宽平台及百叶窗内外压取值研究

为研究大型间冷塔展宽平台及百叶窗内外压取值,以国内某拟建的210m高超大型双曲线型间冷塔为研究对象,采用刚体测压风洞试验对间冷塔内外表面风荷载进行了研究,并考虑了不同透风率对展宽平台及百叶窗内外压的影响。基于风洞试验结果,归纳总结了展宽平台及百叶窗内外表面风压分布规律,对比分析了不同透风率和风速对展宽平台及百叶窗内表面平均风压系数的影响,同时给出了不同风压模拟标准下展宽平台及百叶窗负压极值取值建议和风压拟合公式。结果表明,展宽平台及百叶窗外压分布明显与塔筒分布不同,在背风区存在一定的负压增强区,内压绝对值随着透风率的增大而减小。

强台风区苍南发电厂干煤棚风洞试验研究

以强台风区浙江省苍南发电厂干煤棚网壳工程为研究对象,根据工程设计和试验研究的需要,对其进行了风洞试验,考虑了风向角、有无堆煤等因素对风载体型系数的影响,经过对不同工况下各测点的体型系数分析,得出了体型系数的极值.考虑干煤棚形状和不同风向角的影响,分别将表面划分为7段区域和77分块,得到不同工况下网壳结构表面的分块体型系数,横向端部体型系数的正、负值偏大,建议在两端部加肋或增大杆件截面尺寸,并注意加强屋面与干煤棚的连接.试验结果为干煤棚的结构设计提供了依据,同时可为类似干煤棚的抗风设计和研究提供一定的参考价值.

干煤棚柱面网壳结构风荷载试验研究

大跨度干煤棚常采用柱面网壳结构,且常成对布置,而规范中对该类网壳结构的体型系数未作明确规定。以电厂实际干煤棚为背景,通过试验研究了风向角、内部煤堆、大气边界层风场,以及周边另一个干煤棚的气动干扰等因素对一矢跨比为0.39的干煤棚网壳上平均和脉动风荷载的影响,探讨了网壳外表面、内表面和净风压的荷载分布特性。最后根据相关设计部门建议,将网壳表面分为5个面积区域,给出了适合工程应用的体型系数,供规范参考。

干煤棚表面风压与响应干扰效应分析

干煤棚具有跨度大、质量轻、阻尼小、刚度小、表面钝体绕流特征明显等特点,是一种典型的风敏感结构。因此,风荷载是结构设计的控制性荷载之一。以某两端半敞口干煤棚工程为背景,进行了有无干扰存在的风洞刚性模型测压试验。对干煤棚结构表面的平均风压分布与沿横轴方向的位移响应特征进行了研究。研究发现,干扰结构的遮挡效应能减小试验结构受到的风荷载作用与结构沿横轴方向的位移响应。

干煤棚结构风荷载风洞试验研究

以干煤棚网壳结构为研究对象,根据工程设计和试验研究的需要,对干煤棚建筑结构进行了风洞试验。考虑风向角、仰角和堆煤等对干煤棚风载体型系数的影响,经对不同工况下各测点的体型系数分析,得出体型系数的极值。考虑到干煤棚结构形状和不同工况的影响,分别将其表面划分为7段区域和21块区域,得到不同工况下网壳结构表面的分块体型系数,横向端部体型系数的正、负值偏大,建议在两端部加肋或增大杆件截面尺寸,并注意加强屋面与干煤棚的连接,以适应不同风向的变化,其结果可供设计参考。

干煤棚柱面网壳结构多参数风荷载试验研究

采用柱面网壳结构形式的大跨度干煤棚具有质量轻、阻尼小、刚度小等特点,易遭受风荷载作用而破坏。以某电厂实际干煤棚工程为背景,进行了多种参数的风洞刚性模型测压试验。首先探讨了基本工况(长宽比7、矢跨比0.52、端截面开敞、A类风场、无干扰)在不同风向角下干煤棚结构外表面、内表面以及净风压的荷载分布特性,其次对比研究了在不同风向角、风场类型、端截面形式、长宽比、矢跨比、干扰类型这6种基本参数的常用范围内干煤棚表面分块体型系数值的分布特性,最后为方便工程应用,给出了可供参考的规范化分块体型系数结果。