中美日三国规范高层结构风荷载标准值对比

世界各国规范对高层结构的顺风向风荷载标准值都取多参数表达的计算式,各参数取值的差异最终反映到荷载标准值的大小.以参数分析为基础,对亚太地区具有代表性的中美日三国荷载规范关于普通高层结构顺风向风荷载标准值的取值原则和计算思路进行了对比.研究了基本风速、风剖面、紊流度、脉动效应系数等各参数的取值以及各参数间的相互影响,分析了脉动效应系数的取值和影响因素.以三个不同高度的典型结构为例,分别采用三国规范计算风荷载标准值及特征响应,并对不同国家规范荷载标准值和响应的差异进行了讨论.结果表明,对于结构顺风向风荷载标准值,日本规范最大而中美规范基本相当.

自然通风冷却塔的实验及有限元分析

本文以宁海电厂二期冷却塔为例简要介绍了冷却塔进行刚性模型及气弹模型试验的情况,用通用有限元软件ANSYS及专用冷却塔抗震分析软件LBSD进行冷却塔内力分析、稳定性分析、抗震分析,用刚性模型试验结果计算风振系数,并将计算结果与气弹模型试验的结果进行比较,所得结果对相关冷却塔设计与安全评估有重要工程意义。

冷却塔风振响应时程计算和风振系数分析

为全面获得冷却塔塔筒的风致动力响应特征,探究各响应包括内力和位移的峰值因子g、动力放大系数D以及用于结构设计的风振系数β的取值和各参数在不同响应间的差异,以某大型冷却塔为例,经风洞试验获得塔筒表面风压时程,采用时程方法进行结构动力响应计算。分析表明,作为空间结构,不同位置不同响应的g值和D值有较大差异,难以直接应用;但结合各响应的时程特征、塔筒结构特性及配筋设计原则,可以将塔筒的g值和D值从环向和子午向的二维分布简化为仅沿子午向的一维分布,由此所得各响应的D值可达工程实用范围,但用法与现行设计方法仍不一致;根据环向和子午向配筋设计的独立性,并考虑风致各内力在结构设计中的不同权重,在实用中对D值可仅区分环向内力和子午向内力独立取值,但环向内力的D值要大于子午向内力。此时,环向和子午向的D值即可作为风振系数β参与结构设计。

双曲冷却塔结构规范风荷载标准值对比

以参数分析为基础,对中、英、德双曲冷却塔结构设计规范风荷载标准值的取值原则和计算思路进行了对比,研究了基本风速、风剖面、内外表面静风风压环向分布、脉动效应系数、干扰效应系数等参数的取值和相互影响,并介绍了中、英、德双曲冷却塔设计规范与其荷载规范相关条款的差异;以3座不同高度的双曲冷却塔为例,对比分析了中、英、德规范的脉动效应系数取值,并对1座双曲冷却塔分别采用中、英、德规范计算等效风荷载标准值及其荷载效应。结果表明:受设计基本风压剖面和脉动效应系数控制,中、德规范的荷载标准值剖面较为接近,但明显小于英国规范;受荷载标准值剖面和环向压力分布影响,塔筒中下部区域子午向拉力和环向弯矩的极值分别对应于英、德规范,而喉部位置英国规范得到的子午向拉力和环向弯矩的极值分别为中、德规范的1.4倍和1.1倍。

灾害天气下大跨屋盖多模态随机离散风致响应研究

研究了具有空间相关性随机风荷载有色噪声过程的数学模型,讨论了用随机白噪声过程滤波生成脉动风荷载的方法。高阶振型对大跨屋盖随机风致响应的贡献不可忽略。本文根据模态解耦原理并结合精细时程积分法,提出了多模态随机离散精细积分法,推导了大跨屋盖风致响应与风效应系数的计算公式。通过大跨屋盖刚性和气弹模型风洞试验,计算了屋盖随机风致动力响应时程。同时研究了大跨屋盖的荷载风效应系数和位移风效应系数的分布情况,结果与有限元分析较吻合,验证了多模态随机离散精细积分法的正确性,证实了该方法是一种简便、快速、准确的大跨屋盖风致响应计算方法。

考虑非高斯特性影响的台风场阵风因子研究

为了刻画脉动风非高斯特性对阵风因子的影响,在高斯过程阵风因子计算模型的基础上推导非高斯过程的阵风因子理论计算模型,并对台风风场的阵风因子特性进行系统分析。首先,在高斯过程阵风因子理论基础上通过引入修正Hermite模型对非高斯过程进行修正,提出综合高斯过程和非高斯过程(包含硬化高斯过程和软化高斯过程)的阵风因子理论计算模型;之后利用实测的台风珍珠(0601)、鹦鹉(0812)和黑格比(0814)数据对台风场实测脉动风速的非高斯特性进行研究;最后基于上述三次台风过程的实测数据,研究了考虑非高斯特性影响的台风场阵风因子特性。研究结果表明:台风场脉动风具有较强的非高斯特性,使得台风场阵风因子偏离了基于高斯过程假定的规范建议值;考虑非高斯修正的阵风因子理论公式能够较准确地估计实测台风场的阵风因子。

结构基频对冷却塔风振效应的影响

为明确结构基频f0对冷却塔风振效应的影响,以某大型冷却塔为例,在风振响应时程计算和风振效应特征分析的基础上,通过调整材料弹性模量E实现对f0的改变,以单独分析f0对风振效应尤其是共振分量?R的影响,并阐述了该方法的优点。结果表明,根据共振与背景分量?R、?B在时域内的分离方法,不管f0如何变化,?R与?B之间的耦合分量始终可以忽略。各响应?R随f0的降低而增加,并在f0小于0.7 Hz以后急剧增加,但因?B在总脉动响应?T中贡献较高,故?T和阵风响应因子GRF仅在f0小于0.5 Hz以后才有较明显的增加。各响应?R随f0的降低而增加的原因在于风谱能量随频率的降低而增加,且结构f0越小其共振参与模态越多。为方便评价共振响应?R随f0的变化,提出参数RP=(1/f0×(1/f0?1/2))综合考虑以上两种因素作为?R的评价指标,且各响应的?R与RP均呈线性变化。

台风作用下输电线路风振系数及抗风性能研究

为研究良态风与台风作用下的输电线路风振系数,以广东省国古线一铁塔为原型建立了有限元模型,采用谐波叠加法模拟了台风风场,并开展了动力分析.首先,对比了5种国内外设计规范的风振系数计算方法,发现各规范均未单独考虑台风的强脉动特性;然后,基于惯性力法获取了铁塔风振系数并揭示了塔线耦联效应的影响.最后,利用生死单元法定量评估了两种风场下输电线路的抗风性能.结果表明:台风的高湍流特性导致顺风向风振系数大于良态风对应值;导线可增大铁塔横风向基频,并使铁塔振型由单塔的弯曲型变为塔线体系的弯剪型,塔线体系横担处风振系数大于单塔;湍流度从0.14提高至0.20,临界倒塌风荷载降低约11%.因此,台风多发地区的输电塔设计应适当提高湍流度取值,必要时还应考虑塔线耦联效应.

基于荷载效应的结构抗风设计方法研究

对等效静风荷载的基本理论进行分析,指出GB 50009—2001《建筑结构荷载规范》的风振系数法给出的等效静风荷载在只考虑1阶振型的前提下,能够实现各种荷载效应的等效;需考虑多阶振型的结构,只有在各阶振型完全相关的条件下,才能得到可满足全部荷载效应等效的静风荷载;一般情况下,包括阵风荷载因子法在内的计算方法,给出的等效静风荷载只能保证单个或多个响应目标的等效,其他荷载效应存在较大不确定性,可能造成据此进行的抗风设计偏于保守或不安全。为克服这些传统抗风设计方法的局限,提出了直接以荷载效应包络值进行结构抗风设计的基本思路:结合风洞试验得到各种荷载效应在不同风向角下可能出现的上、下限值,再将其与其他荷载作用下的效应直接组合进行结构设计。通过工程实例分析表明,采用阵风荷载因子法得出的等效静风荷载值可能导致其他荷载效应被大大高估,而直接采用荷载效应包络值用于结构设计,不但其值准确,且易于操作。

中德冷却塔结构设计规范风荷载作用比较分析

对中国《工业循环水冷却设计规范》(GB/T50102-2003)和德国《冷却塔结构设计导则》(Structural Designfor Cooling Tower VGB-R 610Ue)中的风荷载作用设计方法进行比较.指出两国规范对冷却塔结构风荷载作用设计相关规定的异同点,并对在不同规范风荷载作用下冷却塔结构的内力进行计算分析,在此基础上得出了一些有意义的结论,可供设计和研究人员参考.

输电塔结构抗风计算研究

分析了输电塔风振响应与参与计算模态的关系,详细阐述了风振系数的由来,以及等效静力风荷载的本质,分析了荷载组合与荷载效应组合之间的根本区别,建议输电塔风荷载计算时考虑多阶振型贡献,并且采用荷载效应组合,为计算塔线耦合效应及诸如龙卷风、飓风等更为复杂的风荷载对输电塔结构的影响提供途径。