Characteristic Aerodynamic Loads and Load Effects on the Dynamics of a Floating Vertical Axis Wind Turbine

The development of offshore wind farms in deep water favors floating wind turbine designs, but floating horizontal axis wind turbines are facing the challenge of high cost of energy (CoE). The development of innovative designs to reduce the CoE is thus desirable, such as floating vertical axis wind turbines (VAWTs). This study demonstrates the characteristics of aerodynamic loads and load effects of a two-bladed floating VAWT supported by a semi-submersible platform. Fully coupled simulations are performed using the time-domain aero-hydro-servo-elastic code SIMO-RIFLEX-AC. It is found that thrust, lateral force, and aerodynamic torque vary considerably and periodically with the rotor azimuth angle. However, the variation in the generator torque can be alleviated to some extent by the control strategy applied. Moreover, the variations of platform motions and tensions in the mooring lines are strongly influenced by turbulent winds, whereas those of tower-base bending moments are not. The tower-base bending moments exhibit notable two-per-revolution (2P) response characteristics. © 2017 Tianjin University and Springer-Verlag GmbH Germany

风载作用下高速列车曲线通过性能研究

在风载和曲线欠超高叠加的不利工况下,高速列车的运行安全性表现出复杂的变化规律,因此需要针对风载作用下高速列车的曲线通过安全性进行深入研究。采用空气动力学和车辆动力学相结合的分析方法,考虑车速和风速变化、实际轮轨匹配及线路激励情况,建立瞬态风载模型、横风作用下高速列车空气动力学模型及车辆动力学模型;对高速列车在不同车速和风速作用下的气动载荷变化规律进行分析,并对其以不同速度通过不同欠超高曲线线路时的脱轨系数、轮重减载率和轮轴横向力等车辆关键动力学参数的变化规律进行分析,研究风载和曲线欠超高对高速列车脱轨和倾覆的影响。结果表明:风速变化引起的侧向力系数变化幅度大于车速;在风载和曲线欠超高叠加的不利工况下,除轮重减载率安全裕量明显降低外,轮轴横向力的安全裕量也降低,且车辆关键悬挂部件工作状态恶化,其中二系横向止档的位移迅速增大且工作状态接近压并,左右两侧空气弹簧压力差也迅速增大,车辆动力学性能的安全裕量明显下降。

基于英国标准的系缆墩设计探讨

基于具体的工程实例,本文阐述了基于英国标准的系缆力计算方法及流程,包括风荷载的计算、水流力的计算以及单根缆绳最大系缆力的计算,从而确定系缆设施规格。在系缆力计算的基础上,进一步分析了基于英国标准设计系缆墩时需要考虑的各种不同工况,并与中国标准的计算要求进行了对比分析。英国标准与中国标准的对比结果显示,英国标准计算得到的最大系缆力数值较中国标准大、英国标准对位移控制的要求较为严格。本文研究可为国外港口工程系缆墩的设计提供一定借鉴。

高速铁路大跨度刚构部分斜拉桥设计关键技术

预应力混凝土部分斜拉桥结构刚度大,经济性好,适宜铺设无砟轨道,是200~300 m跨度高速铁路桥梁的首选桥型。本文以高速铁路主跨248 m刚构部分斜拉桥为背景,研究高速铁路大跨度刚构部分斜拉桥合理的结构体系、轨道平顺性、索梁荷载比、合龙顶推力等关键技术。静力计算结果表明:刚构体系比连续梁体系刚度更大,经济性好,更有利于行车安全性;两种结构体系轨道不平顺均能满足要求,对于长短波不平顺,与连续梁体系相比刚构体系中跨不平顺值小,边跨不平顺值大;索梁荷载比与斜拉索刚度成正比,与主梁刚度成反比;刚构部分斜拉桥合龙后的收缩徐变和高温合龙导致结构产生附加内力,合理设置顶推力须综合考虑主墩受力与运营阶段塔顶位移。

武汉某超高层住宅风荷载设计及风洞试验对比分析

对于高度超过150m且高宽比较大以及结构深宽比超过2的超高层建筑,由于《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2012)对该类建筑的横风向风荷载计算缺乏相应的规定,因此荷载规范要求宜采用风洞试验进行补充验算。本项目采用目前国内外广泛应用的高频测力天平技术对武汉某183m高超高层剪力墙结构住宅建筑的模型进行了风洞试验,分析了结构的风振响应,并给出了该建筑物在不同风向角的风荷载作用下产生的基底反力和顶部加速度。将试验等效风荷载结果与按照荷载规范公式计算得到的结果进行对比分析,指出按照荷载规范公式进行结构抗风设计可能存在的问题,在结构设计中必要时可采用风洞试验对荷载规范进行补充验算以保证结构抗风设计的安全性。

风荷载作用下柔性光伏支撑索轴力分析

为了分析风荷载对柔性光伏支架结构中索轴力的影响,通过刚性模型测压风洞试验获得不同风向、倾角和间距比下柔性支撑光伏组件的风荷载,建立3类柔性光伏支架分析模型并计算不同工况下的索轴向力。结果表明:支架不同位置的光伏组件风荷载不同,中间区域风荷载较大;将光伏组件的风荷载作为集中荷载施加在柔性索上引起的索轴力较大;不同倾角光伏支架受力随布置形式(间距比)的变化规律也不一致。基于分析结果,建议采用小间距大跨度的柔性光伏支架形式,将间距比控制在0.1以内,并将风荷载以集中力的形式施加于柔性索上,通过本研究提出的轴荷比估算风荷载引起的索轴力。

超大跨径斜拉桥纵向极限风荷载作用下约束体系研究

为研究超大跨径斜拉桥在纵向极限风荷载作用下的合理约束体系,以某主跨1176 m斜拉桥为背景,采用BNLAS非线性有限元软件建立该桥整体结构模型,分析半飘浮体系、单侧纵向约束体系、两侧纵向约束体系及弹性索体系在纵向极限风荷载作用下的纵向位移和内力效应。结果表明:主梁上没有纵向约束的半飘浮体系结构,作用于梁上的纵向极限风荷载通过斜拉索全部传递到桥塔上斜拉索锚固处;主梁上增加纵向约束后,作用于主梁上的纵向极限风荷载大部分通过纵向约束直接传递给桥塔,大大降低了纵向极限风荷载在桥塔上的作用高度,有效减小了结构纵向位移和塔底面内弯矩;在桥塔处设固定支座或弹性下拉索,将主梁与塔连接,主梁上的纵向极限风荷载直接传给桥塔或桥墩,是减小超大跨径斜拉桥纵向极限风荷载作用效应的有效途径。

杭州湾跨海大桥风载内力试验及计算方法

介绍了杭州湾跨海大桥全桥气弹模型风洞试验中静风和抖振内力测量方法,探讨了斜拉桥静风内力的计算方法,采用考虑桥塔风效应的抖振时域分析方法计算出大跨斜拉桥的抖振内力,静风响应分析采用风洞实测平均风速剖面指数,抖振响应分析也采用风洞实测的紊流风速谱和空间相关性,并分别与风洞试验结果进行了对比.计算值与试验值吻合较好.分析比较结果表明,斜拉索的风荷载计算模式对静风内力影响较大,考虑桥塔风效应将会显著增加桥塔的横向抖振内力.

营口辽河公路大桥抗风性能研究

以营口辽河公路大桥为背景,研究斜拉桥在施工阶段及成桥状态的抗风性能。对斜拉桥在基本风速与设计基准风速及颤振检验风速的确定,气动参数计算,弯扭耦合颤振与分离流扭转颤振的颤振稳定性分析,成桥状态、最大单悬臂状态、最大双悬臂状态、桥塔施工状态的风荷载及风载响应4个方面进行研究。按平板近似公式估算,得出该桥桥位处的基本风速、桥面高度处的设计基准风速、成桥状态的颤振检验风速、施工阶段的颤振检验风速。用ANSYS大型结构分析程序进行分析和计算。该斜拉桥方案无论在成桥状态或施工最不利状态均满足颤振稳定性要求。给出了成桥状态、最大单悬臂状态、最大双悬臂状态以及主塔施工状态的桥塔风载内力及主梁风载位移。

用测力天平技术研究超高层建筑的动态风载

通过风洞实验研究了不同外形的超高层建筑的动态风载．实验采用多种不同外形的刚性模型，通过高频测力天平技术研究了建筑物长细比、截面形状、截面长宽比及湍流强度和风向的影响，获得了一些新的结果．

1000MW机组ZGM133G磨煤机技术改进及运行分析

徐州彭城电厂三期扩建工程1 000 MW超超临界塔式锅炉配置6台ZGM133G型中速辊盘式磨煤机。介绍其主要技术特点,并从磨煤机本体结构、自动定变加载系统技术、磨体振动、磨辊加载力、风煤比和动态分离器转速等多个方面重点介绍其运行特性,对调试运行中暴露出的问题提出针对性的解决方案。

锚机和绞车地脚螺栓强度校核计算分析

为满足CRS规范对甲板机械地脚螺栓受力的要求,本文介绍了地脚螺栓连接方法的选择,并讨论了上浪载荷和支持负载在不同工况下锚机和绞车地脚螺栓的轴向载荷和横向载荷的计算方法。

单索幕墙的风振分析

单索幕墙的刚度较弱,在水平风荷载的作用下易产生较大的变形和振动,抗风设计一直是单索幕墙结构设计中的重点和难点问题。采用数值模拟的方法分析结构位移响应和结构内力响应,得到竖向索由于受到结构自重的影响,其内力变化幅值较小,横向索相对大一些,说明横向索对水平风荷载的抵抗作用更强一些。通过对结构上所有计算点和单元的位移及内力数据进行统计回归,得到适用于模型抗风设计采用的位移风振系数和内力风振系数。这对幕墙的风振分析是一个重要补充。

宽厚比为5的超高层建筑风荷载特性研究

为了探究大宽厚比超高层建筑风荷载特性,本文开展了宽厚比D/B=5的超高层建筑刚性模型测压风洞试验,对建筑表面风压系数、层风力系数、基底力矩系数等进行了研究,并将试验结果同传统方形截面超高层建筑进行了对比。研究表明:大宽厚比建筑侧风面发生了分离流再附,且在下游角点处出现二次分离,再附点位置与湍流度有关,湍流度越小,再附点越靠后;再附流使大宽厚比建筑风压作用机制发生改变,侧风面风压梯度变化明显,风压相关性降低,背风面风压减小;与方形截面超高层建筑相比大宽厚比超高层建筑扭转向层风力系数较大,且y向(沿建筑短边方向)和扭转向层风力系数功率谱变化更加复杂,其基底y向-扭转向力矩系数间也具有较强的相关性及相干性。

不同粗糙度斜拉索气动力特性和风荷载计算方法研究

大跨径斜拉桥斜拉索上的风荷载对主梁的位移和内力的贡献占全桥的主要部分,准确掌握斜拉索上的风荷载,对于桥梁的抗风设计具有重要的意义。通过风洞试验,得到了8种具有不同表面粗糙度斜拉索的气动力系数随雷诺数的变化规律,研究了粗糙度对斜拉索雷诺数效应和气动力特性的影响,以实桥为例分析了斜拉索最大风荷载的计算方法。结果表明:斜拉索表面的粗糙度对气动力具有明显的影响,随着粗糙度的增大,雷诺数效应随之减弱;不同粗糙度的斜拉索,最大风荷载对应的风速不同,计算方法也不同,实桥设计时应根据斜拉索的具体表面粗糙状态确定其最大风荷载的数值。

一台大载荷比Φ32mm六分量天平的研制

研究隐身巡航导弹的气动特性,需要采用风洞试验测力天平进行气动载荷的测量。隐身布局导弹的气动特性反映到气动载荷上是较大的升阻比和较大的升侧比,而常规测力天平升阻比为15∶1左右,升侧比为2∶1左右,不能满足隐身巡航导弹气动载荷测量的需求。针对此问题,采用片梁组合方式测量侧力,采用大偏心"π"形梁阻力元件结构测量阻力,实现了升侧比为21∶1且升阻比为42∶1的大载荷比测力天平的研制,解决了载荷不匹配这一严重的测力天平研制难题,为进一步研究隐身巡航导弹的气动特性奠定了基础。

外倾索面部分斜拉桥PC箱梁技术指标分析

依据嘉悦大桥、南屏大桥和赤壁路桥3座外倾索面部分斜拉桥PC箱梁的设计,统计分析其箱梁断面型式、梁高取值、梁底线型、无索区长度等关键设计参数和混凝土单位用量、预应力钢束单位体积含量、普通钢筋单位体积含量等重要设计指标。提出"荷载效应分配比"概念以评价部分斜拉桥索、梁受力分配情况,并对3座桥进行相应评估,揭示部分斜拉桥索、梁、塔设计与"荷载效应分配比"的内在关系。同时,还从PC箱梁纵横向传力路径、箱梁竖向刚度、结构自振特性等指标分析外倾索面部分斜拉桥的PC箱梁受力特性。

基于主梁受力特点的部分斜拉桥合理成桥状态确定方法研究

为确定部分斜拉桥合理成桥状态,以斜拉桥主梁竖向受力特征为基础,对部分斜拉桥主梁竖向受力特点、典型特征参数进行分析,据此提出部分斜拉桥的合理成桥状态目标为主梁体外预应力和体内预应力的最优配置,并以武汉三官汉江大桥为背景进行实例分析。结果表明:常规斜拉桥主梁是传递桥面活载、平衡斜拉索水平分力的加劲梁,索力恒载比γ_(c)为0.75~0.92;部分斜拉桥主梁受力以受弯为主,索力恒载比γ_(c)为0.34~0.43,部分斜拉桥斜拉索可视为主梁的体外预应力;借助索力恒载比γ_(c),以体外、体内预应力作用和恒载作用下主梁竖向弯矩相平衡为原则,快速确定了武汉三官汉江大桥合理成桥状态(γ_(c)=0.36),改变γ_(c)对该桥斜拉索竖向荷载分担率β基本没有影响,该桥墩顶区索力的弯矩等效偏心距最大值是体内预应力的12.65倍,斜拉索作为体外预应力平衡墩顶负弯矩的效率高。

力法计算锚索抗滑桩内力分担比及其应用

锚索抗滑桩为常用的滑坡治理支护结构,抗滑桩锚固于滑动面以下岩土体中,锚索可视为多余约束,因此锚索抗滑桩为多次超静定结构。结构力学力法作为求解超静定结构的基本方法之一,以锚索拉力为基本未知量,综合考虑平衡条件、变形条件、物理条件求解锚索轴力,从而进一步确定锚索与抗滑桩各自分担的滑坡推力比例。文中以具体滑坡工程实例,采用力法求解锚索、抗滑桩结构内力,并建议锚索与抗滑桩的荷载分担比初步可按照30%~40%估算。

斜拉桥风荷载的数值计算

大跨度斜拉桥在自然环境中会受到风荷载的作用,而且风对斜拉桥产生的抖振影响不容忽视.通常在分析桥梁抖振前,要计算出风环境状况.本文以斜拉桥为示例,基于经验公式计算分析了主梁尺寸变化对静力风荷载的影响及不同风速下的静力风荷载,并借助Davenport脉动风功率谱,应用谐波合成法模拟计算了斜拉桥在一定风速下的脉动风场.