兰新高速铁路开孔挡风墙周围沙粒沉积与侵蚀特征数值模拟研究

设置在路基上的挡风墙起到了有效防风作用,但是由于其阻碍作用,对路基造成了严重的积沙危害。因此,基于Fluent欧拉双流体模型,对兰新高速铁路沿线既有下部开孔挡风墙周围风沙两相流运动特性进行数值模拟研究,得到挡风墙周围的流场分布规律以及沙粒沉积与侵蚀特征。结果表明:随着来流风速的增大,路堤迎风侧坡脚处的漩涡强度逐渐衰弱直至消失;路堤背风侧漩涡整体位置往背风侧方向移动,且漩涡涡量增加,导致沙粒反向侵蚀区域增加;迎风侧边坡处的沙粒沉积区域逐步减小,沙粒侵蚀区域逐步增加;北侧线路逐渐出现侵蚀区域,而风速对南侧线路沉积侵蚀区域的变化影响较小。在强风地区,布设挡风墙时应考察线路上风向的地表情况,地表松散、沙源丰富时宜同时采取防沙治沙措施,以达到减缓线路积沙危害的目的。

不同风场中特高压换流站阀厅屋盖风压特性试验研究

特高压(ultra high voltage,UHV)换流站阀厅的金属屋面系统在风荷载作用下易发生屋面表层风揭事故。为深入探讨该类建筑屋面的风压极值特性,基于风洞试验分别探讨了大气边界层(atmospheric-boundary-layer,ABL)风、壁面射流、均匀湍流三种风场作用下的屋面风压特性,比较了平均风剖面、风速、风向、湍流强度等因素对屋面风压的影响。结果表明:阀厅屋盖迎风前缘负风压最大,且控制风向角在45°左右;壁面射流风场下平均风压系数与脉动风压系数均超过大气边界层风场的结果;风速对阀厅屋盖的负风压系数均值和极值影响较小,而湍流度对风压系数的极值影响较大;大气边界风场时,JGJ/T 481—2019《屋盖结构风荷载标准》的最不利风压系数建议值偏于安全;而在壁面射流风场下,阀厅屋盖全风向最不利风压系数在所有区域都大于JGJ/T 481—2019的建议值,设计中应加以重视。

大风区段开孔式挡风墙对正馈线气动特性的影响

兰新高速铁路常年遭受风灾,挡风墙的修建虽有效防止了列车倾覆,但加剧了接触网正馈线的舞动。针对大风区段既有挡风墙“防车不防网”的不足,通过设计一种开孔式挡风墙,基于流体力学理论建立计算域模型,对挡风墙的防风效果进行评估,并仿真分析挡风墙孔隙率及开孔角度对于正馈线气动特性响应的规律。结果表明:挡风墙设置一定孔隙率后,会冲击挡风墙后形成的旋涡流场,使流场趋于平稳;随着孔隙率的增大挡风墙尾流接触网正馈线位置处气流增速区范围大幅减小,且正馈线气动力系数呈明显降低趋势;当挡风墙孔隙率为0.3时,挡风墙背风侧风速残余系数为0.46~0.69,此时正馈线升、阻力系数下降率分别超过41.56%和24.59%;在孔隙率为0.3,且挡风墙设置150°开孔角度时,正馈线气动力系数相较其他角度降幅明显,从而对于正馈线的舞动可以起到进一步的抑制作用。研究成果可为兰新高铁大风区段接触网正馈线舞动防治及挡风墙优化提供一定的理论参考。

考虑风载因素的玻璃幕墙清洁机器人设计

围绕高楼玻璃幕墙机器人自动清洁中的风载问题,设计了一款考虑风载因素的真空吸盘吸附的框架式爬壁机器人。针对玻璃幕墙清洁机器人的框架式结构进行步态规划。基于空间力学理论建立了玻璃幕墙清洁机器人在风载下的力学平衡模型,得到了风载大小与机器人吸盘吸附力之间的力平衡方程。在Workbench中对风载作用下的清洗机器人本体进行了有限元分析,得到了机器人模型的应力云图与变形云图。实验测试结果表明:在极限风载作用下,机器人的最大应力点位于吸盘支架,最大变形点位于主架板中心。在真实风载下对机器人进行攀爬运动仿真分析,机器人可以在极限风载下稳定地工作,不会发生滑移和倾覆,验证了力学模型和设计模型的正确性。

沿海地区台风荷载下陶粒加气混凝土砌块填充墙斜裂缝试验研究

为研究沿海地区低抗震设防烈度条件下陶粒加气混凝土砌块填充墙的开裂原因,采用PKPM软件分析了某13层框架结构住宅在台风荷载和6度抗震设防烈度下结构的层间位移,结果表明:在该地区基本风压下,该工程的最大层间位移角与6度抗震设防烈度时基本相当。同时进行了一榀足尺框架模型试验,结果表明,当主体结构还在弹性阶段时,模型的整体刚度就急剧下降,填充墙就已经开裂。当试件的位移角达到1/1 092时,填充墙开裂严重,此时相当于刚度修正后的13层框架住宅案例在1.27kN/m^(2)的风压下的表现。因此按照目前的结构设计参数取值和施工构造措施,沿海地区陶粒加气混凝土砌块填充墙的开裂在所难免。为避免该斜裂缝发生,应在设计和施工阶段采取新的设计方法和构造措施。

南京仙新路长江大桥主桥结构设计

南京仙新路长江大桥主桥为跨径1760 m的单跨钢箱梁悬索桥,主缆垂跨比1/9,边跨跨径580 m,边中跨比0.33。该桥上、下游各设1根主缆,单根主缆由169股127∅5.4 mm镀锌铝高强钢丝索股组成,采用PPWS法施工,钢丝标准抗拉强度2100 MPa。吊索与索夹采用销接式结构,跨中设置柔性中央扣索,短吊索设置关节轴承。主索鞍采用宽鞍槽单纵肋铸焊结合构造,散索鞍采用底座式全铸结构。加劲梁采用扁平流线型封闭整体钢箱梁,总宽31.5 m,梁高4 m,顶板与U肋之间采用双面埋弧全熔透焊接。桥塔采用门形混凝土结构,总高277.3 m,其上横梁为预应力混凝土结构,外包N字造型钢结构;桥塔基础采用直径2.8 m钻孔灌注桩。南锚碇采用外径65 m圆形地下连续墙基础;北锚碇采用沉井基础,平面尺寸70 m×50 m,高50 m。对结构进行静力分析及抗风性能理论和试验研究,结果表明:结构强度、刚度均满足规范要求;在加劲梁上设置0.67 m高中央稳定板、两侧风嘴处设置1 m宽水平稳定板后,大桥的颤振、涡振等抗风性能均满足要求,且具备一定的阻尼储备。

大风区高速铁路路基双侧挡风墙周围沙粒沉积数值模拟研究

兰新高速铁路横穿多个大风区,对其安全运营造成严重影响。为降低强风对线路的危害,在大风区修筑大量防风构筑物,其中以路基挡风墙最为常见,挡风墙降低了风害的影响,但是带来严重的线路积沙问题。通过数值模拟研究不同风速下路基双侧挡风墙周围的流场特征,利用风产生的壁面剪切应力与沙粒剪切应力的比值确定地表沙粒沉积与侵蚀类型。研究发现,气流在两道挡风墙之间分别形成一个顺时针涡流和一个逆时针涡流,在第二道挡风墙背风侧形成一个顺时针大涡,随着来流风速增大,漩涡尺寸和涡流强度均在增大;由于涡流的存在,部分沙粒被卷走,路堤背风坡附近以及路基面上的沙粒沉积显著减少,当来流风速为24、30 m/s时,南北侧线路道床面均出现沙粒反向侵蚀;单双侧挡风墙的积沙规律对比结果表明,设置双侧挡风墙时,线路积沙显著减少。研究揭示了大风区铁路双侧挡风墙周围路基面上的沙粒沉积规律,对未来风区铁路的防护建设具有指导意义。

新型4-RRPS爬壁机器人及风电塔筒运行环境下的稳定性分析

在风电机组运维领域中的运维爬壁机器人大多属于特级高处作业,根据特级高处作业特点,爬壁机器人的作业安全性尤为重要,而稳定性是安全性的必要条件。以4-RRPS构型爬壁机器人吸附在塔筒壁面时为分析工况,以吸附力为分析切入点,展开其相关稳定性研究与分析工作。具体包括结构整体在极限倾覆和滑落工况下的最小吸附力分析、单腿抬举运动所需最小推力分析、结构整体的静态稳定裕度分析、携载平台三种工况运动稳定性分析,最终证明该爬壁机器人具备运动平稳性。

某核心筒收进水瓶型超高层结构设计关键问题研究

某超高层建筑位于武汉市汉阳区一线滨江区域,整体造型为下大上小逐渐收分的水瓶型,主体结构高度249m,屋面上设51m高塔冠,地上建筑总高度300m。建筑师要求外框柱贴幕墙边布置,导致塔楼大部分柱均为斜柱,在竖向荷载作用下将对楼面体系产生水平分力,设计中通过在楼面梁设置抗拉钢筋及型钢承担水平拉力。核心筒墙体在17、43层进行了转换收进,通过合理的分析及措施,确保了墙体传力路径的合理性。对主体结构进行了风洞试验并进行了相关论证,减小了设计风荷载,节约了结构造价。对结构进行了施工模拟、收缩徐变分析、墙体有限元分析及塔冠分析,结果表明结构设计安全合理。

改善侧墙小窗密闭性对夏季网上平养肉鸡舍环境参数的影响

旨在研究采用密封胶条对夏季鸡舍侧墙老化小窗密闭性进行优化改善,观察对鸡舍环境参数和肉鸡死亡数量的影响。选取饲养数量、日龄及饲养管理模式和鸡舍构造均相同的两栋网上平养肉鸡舍,一栋为对照组(Con),不进行任何处理;另一栋为处理组(Tre),侧墙小窗采用密封胶条进行密闭性改造,每天8:00,10:00,12:00,14:00和16:00,对鸡舍不同位置点的负压、风速和温湿度进行监测,连续监测11 d。结果显示:与Con组相比,Tre组鸡舍中部监测点的风速显著升高(P<0.05),但是各监测点的负压没有显著变化;Tre组鸡舍平均温度和平均相对湿度均未出现显著变化,但是在试验后期,Tre组鸡舍最高相对湿度出现了显著下降(P<0.05);整体来看Tre组鸡舍肉鸡死亡数量出现了显著下降(P<0.05)。结果表明:通过改善鸡舍侧墙小窗的密闭性可以增加夏季网上平养肉鸡舍中部风速,降低试验后期的相对湿度,减少肉鸡的死亡数量。研究结果为老旧鸡舍夏季降温提供了一定参考依据。

负风压作用下隐框玻璃幕墙承载行为和脱胶损伤实验研究

隐框玻璃幕墙连接用的硅酮结构胶发生损伤导致玻璃面板坠落是当前幕墙服役过程中的常见问题.现有研究大多采用动力学方法对幕墙的脱胶损伤进行检测和评估,该方法通常需要额外施加荷载激励,且测量的动力响应数据易受环境影响,难以实现幕墙安全状态的可靠评估.为解决上述问题,提出在负风压作用下利用玻璃面板的挠度和转角对玻璃面板的脱胶损伤进行检测和评估的方法.首先,设计一系列隐框玻璃幕墙脱胶损伤实验,验证了在风荷载作用下利用挠度和转角对玻璃面板的安全状态进行检测的可行性;之后,基于实验结果构建了隐框玻璃幕墙安全风险监测评估系统,实现玻璃面板脱胶位置和数量的实时监测和快速识别.

风电塔筒外壁爬壁机器人结构设计

以风电塔筒外壁运维检测机器人为研究对象,设计了一款可适应风电塔筒外壁曲面的爬壁机器人。针对机器人所处的工作环境,设计了机器人的整体结构布局,计算并验证了机器人所用驱动气缸的参数。根据机器人的整体结构布局,详细介绍了机器人的转向运动原理。最后对机器人的曲面适应性进行了计算分析,验证了机器人的曲面适应性,证明了结构设计的合理性。

南京某文娱中心大跨空间钢结构设计

南京某文娱中心为造型复杂的大跨空间钢结构体系,由异型屋面、超高排架柱和高大抗风幕墙构成。为满足屋面建筑造型和屋顶排烟等需求,提出了双向变高度的折板网架屋盖结构形式,最大限度降低了二次找坡的用钢量。基于可视化编程平台Grasshopper,通过分区处理的方式实现了屋盖的参数化建模,后导入3D3S进行结构分析和设计,结果表明该屋盖整体刚度较好,满足设计要求。屋盖下方采用25根无侧向支撑的超高排架柱提供支承,针对柱高10~60m的情况,对比了混凝土柱、四肢钢管格构柱、四肢钢管混凝土格构柱在截面、成本和功能等角度的差异,最终确定采用经济性和功能均较好的四肢钢管格构柱。根据不同区域特点,将抗风幕墙分为落地幕墙和吊挂幕墙,探讨了它们与主体结构的连接方式,并针对落地幕墙进行了平面桁架、立体桁架和实腹箱形柱3种幕墙结构方案的比选,最终采用成本最低的平面桁架方案。

树干高度耦合壁面热效应对城市街谷内污染扩散的影响研究

在半封闭的街道峡谷内,交通排放和二次污染物容易在通风不良的区域积聚,严重威胁人们的健康。在影响街道峡谷流场和污染物扩散特性的诸多因素中,太阳辐射引起的壁面热浮力以及不同树干高度对空气动力学的影响一直没有得到足够的重视。通过设置5种树干高度(0.18H、0.40H、0.62H、0.84H、1.06H,H为建筑高度)耦合4种壁面加热配置,研究不同树干高度(耦合树木遮阴效应)和墙体加热条件对城市街道峡谷内气流流动和污染物扩散的影响。结果表明,不同树干高度及壁面热效应对城市街道峡谷内气流流动和污染物扩散有显著影响。当树干高度低于建筑物高度时,壁面加热产生的热浮力作用会降低街谷内污染物浓度并增强通风性能;当树干高度超过建筑物高度时,迎风面加热所产生的热浮力会对污染物扩散造成阻碍。采用全壁面加热能够实现更低的污染物积累。研究结果可为城市绿色设施的优化设计,实现对局部微气候环境和空气质量精准调控提供技术指导。

基于数值风洞的机场塔台幕墙安装风况分析

使用CFD软件对某机场塔台幕墙在水平和高度方向上不同安装顺序与安装阶段的风场进行了模拟,对各测点的风场数据进行了分析。研究表明,塔台幕墙施工过程中的风场变化主要受到水平方向施工顺序的影响。在水平方向上,优先封闭主要迎风面幕墙能有效减小后续幕墙施工时的场风压;而在高度方向上,从上至下的安装顺序对后续幕墙风场干扰相对较小一些。

塔楼群玻璃幕墙碎粒飞行轨迹预测方法

结合某塔楼群玻璃幕墙的风灾实例,进行了塔楼群玻璃幕墙碎粒飞掷物的运动轨迹预测,研究了4种不同风场条件对幕墙碎粒飞行轨迹的影响。首先,在对大涡模拟方法及参数设置的有效性验证的基础上,通过紊流边界层风场内塔楼群的非定常绕流大涡模拟,获取了建筑周围的三维非定常绕流场。然后,采用五阶龙格库塔法,求解粒状飞掷物的三维刚体运动方程,通过均匀流场下飞掷物轨迹计算方法与文献试验结果的对比,验证了本文方法的有效性。最后,对比分析了不同流场条件对颗粒的飞行轨迹及飞行速度的影响。结果表明,本文飞掷物运动轨迹计算方法结合大涡模拟获取的流场能够对飞掷物飞行轨迹进行有效预测;对同一位置释放的颗粒,与理想均匀流场相比,三维自由来流场中颗粒的飞行速度和飞行距离相对较低;三维自由来流场忽略湍流成分时,会使颗粒的飞行速度进一步降低,而飞行距离增大;对于塔楼群三维非定常绕流场,与理想均匀流和三维自由来流场的飞掷物轨迹预测的结果相差较大,且飞掷物的飞行轨迹受绕流场中不同初始位置的影响较大,并可能显著影响最终的评估结果。因此,飞掷物的飞行轨迹应充分考虑建筑群周围的三维非定常绕流场和初始破坏位置的影响。

均压技术在矿井防灭火中的应用

为了避免毒害气体在煤矿工作面的大面积扩散,防止矿井发生火灾隐患,文章采用均压防灭火技术对单侯矿采区及回采工作面采空区进行了风压调控及防灭火管理。通过均压技术在采区之间风压调节、回采工作面回采结束的封闭及火区控制中的实践应用可知,均压防灭火技术的应用能够有效保障矿工的生命安全,推动煤矿的安全稳定可持续发展。

某竖明横隐建筑幕墙工程抗风压性能检测分析

抗风压性能是建筑幕墙的基本性能,也是关系到建筑幕墙工程质量的重要指标。文中对某建筑幕墙工程抗风压变形性能检测过程中发现的问题进行分析,采用专业软件进行理论设计复核并提出整改方案,应用专业的检测设备验证该方案的可行性,最终完成了该项物理性能检测。

高速列车转向架区域积雪问题的数值研究

当高速列车在高寒雨雪地区行驶时,转向架区域容易形成积雪,对高速列车的安全行驶造成威胁。在积雪轨道上行驶的高速列车,其转向架区域积雪中雪粒来源于地面积雪,因此基于壁面切应力,建立风致积雪雪粒运动模型,研究地面积雪中雪粒在列车风作用下的运动情况。采用欧拉-拉格朗日方法,基于雪粒沉积准则,建立转向架区域雪粒沉积边界模型,研究风致雪粒运动情况下转向架区域积雪分布。研究结果表明:高速气流在转向架正下方区域出现高速上扬的现象;转向架区域的车体板件、构架和轴箱等为主要的积雪部位;转向架区域雪粒沉积数量与转向架的位置、雪粒的密度和直径及壁面条件有关。

风荷载对剪力墙结构性能的影响分析

文中以某高层住宅楼为例,通过建筑结构模型,对比长度、位置及结构优化前后剪力墙结构抗风速荷载能力的差异。经验证,进行三种优化方案处理后,剪力墙结构均能够充分满足建筑要求,剪力墙中部结构的优化方案显著提升了层间位移角度和结构柔性,推荐采用优化剪力墙中部结构的方式对剪力墙结构进行优化。