复杂连体双塔高层建筑的风荷载特性

通过风洞试验研究了具复杂截面的连体双塔高层建筑的风荷载特性,并进行了单塔试验比较.将风压沿截面进行积分求出沿坐标轴方向的合力,然后反算为沿坐标轴方向的整体体型系数.结果表明:风压沿高度变化不大,整体体型系数沿高度递减;单塔最大体型系数对应的风向角偏离坐标轴15°;就双塔连线方向(x向)体型系数而言,上游塔略小于单塔情形,下游塔小于单塔的50%,垂直双塔连线方向(y向)体型系数略小于单塔y向,连体部分的y向体型系数约为2.0,x向为零.分析认为:上游塔对下游塔的遮挡作用使下游塔整体体型系数减小,下游塔降低了上游塔尾流的速度和背面负压,也使上游塔整体体型系数略为减小;但是由于尾流的复杂化,上下游塔局部风压比单塔有所增大.综合分析试验结果,文中最后提出了类似工程的风荷载取值建议.     

单塔和双塔情况下大型冷却塔的表面风压研究

针对大型冷却塔在单塔和双塔情况下的表面风压分布,应用风洞试验方法进行研究,采用增加模型表面粗糙度的方法来补偿模型试验的雷诺数效应,通过与以往成果的比较以确定合理的粗糙度,进行变风向角和塔间距工况的双塔干扰试验.研究表明:模型表面粗糙度对冷却塔外表面风压系数有较大影响;双塔串列时前塔对后塔的影响远大于后塔对前塔的影响;斜列时可根据前塔对后塔的干扰程度并按风向角划分为3个区域.同时给出典型塔间距下考虑风向角因素的后塔体型系数包络线,供设计参考.     

两矩形高层建筑的风致干扰效应

基于高频测力天平风洞试验,分析了实际工程中矩形高层建筑风致干扰产生的原因.在此基础上,研究了两矩形高层建筑不同空间位置下的气动干扰效应.结果显示:矩形高层建筑风荷载的干扰放大效应主要是其侧后方正交布置的另一矩形高层建筑导致,且这一矩形建筑处于受扰建筑下游时产生的干扰效应明显高于处于上游的情形.沿受扰建筑的侧方和后方增大两矩形高层的间距比,风荷载干扰效应整体呈递减的趋势,加速度干扰效应呈先增大后减小的趋势.施扰建筑在受扰建筑侧方移动时的干扰范围和强度均要高于在受扰建筑后方移动时的情形.受扰建筑顺风向体型系数的最大干扰因子可达1.41.干扰效应也会显著增大受扰建筑横风向的体型系数,以单体状态顺风向体型系数归一化的干扰因子为1.08.进一步考虑动力放大作用后,受扰建筑顺风向和横风向基底弯矩的干扰因子可分别达到1.49和2.28,加速度的干扰因子最大可达1.23.     

典型四塔组合特大型冷却塔群风荷载干扰效应

以在建世界最高冷却塔(220m)为工程背景,分别对单体、双塔、串列、矩形、菱形、L形和斜L型四塔组合共353个工况进行了刚体测压风洞试验.系统探讨了5种典型四塔组合方案对冷却塔群静力、动力和极值干扰效应的影响规律.采用数理统计、频谱分析等方法对干扰效应的不同影响因素和作用机理进行研究,提出了典型四塔组合考虑风向的干扰因子估算公式.从整体风荷载干扰效应角度综合定性给出四塔组合形式方案选择排序为:串列斜L形L形菱形矩形.回归分析表明,四塔组合形式的特征角度与最大干扰因子之间存在良好的线性相关性.     

邻近建筑对超高层建筑风振响应的干扰效应

在同济大学TJ-2边界层风洞中进行了上海环球金融中心气动弹性模型的风洞试验,分析了距离较远且高度约为环球金融中心一半的周边建筑以及距离较近且高度与环球金融中心相当的金茂大厦对环球金融中心顶部平动和转动平均位移、均方根位移和绝对最大加速度的干扰效应.结果表明:当高层密集建筑群(不考虑金茂大厦)集中在上游或上游偏一侧时,会对平均值和均方根有一定的影响,特别是扭转响应,当高层密集建筑群集中在下游时,影响很小;当金茂大厦位于环球金融中心的上游或上游稍偏一侧时,会减小环球金融中心的平动平均位移响应,表现为挡风效应,其尾流会增大环球金融中心的平动均方根位移响应,而当遮挡效应使得平均或脉动压力在形心轴两侧分布不均时会增大转动平均或均方根位移响应.与以往研究不同的是,当金茂大厦位于环球金融中心下游或下游偏一侧时,会改变环球金融中心的漩涡脱落频率,当漩涡脱落频率和结构第一阶固有频率接近时,会在该频率振动方向产生显著的涡激共振现象.当金茂大厦位于环球金融中心一侧时会产生狭道效应(穿堂风),可能会对水平和扭转的平均和均方根位移响应产生影响,视狭道方位和压力分布状况而定.     

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.     

基于Canny算法的双圆柱涡振干扰效应试验研究

基于Canny边缘检测算法,借助于流动可视化手段,研究大长细比双圆柱的涡激振动干扰效应。研究结果表明：当双圆柱串列布置时,下游圆柱通过干扰上游圆柱旋涡的形成与尾流运动,在量纲一下游顺流向位置X^*=1.5处对上游圆柱最大振幅A_max^*的放大作用最大,在X^*≥15.0处对上游圆柱的A_max^*无干扰效应,但上游圆柱的涡振退出风速比单圆柱的略大;上游圆柱改变了下游圆柱的来流条件,当下游圆柱在X^*=2.0处时上游圆柱对其A_max^*的放大作用最大,且在X^*=20.0处放大作用仍然存在。当双圆柱并列布置,量纲一横流向间距Y^*=1.0时,双圆柱之间的干扰效应对A_max^*的放大作用最大,此时并列双圆柱可看作组合后的单一柱体发生大幅振动;当Y^*=4.0时,双圆柱之间的干扰效应对A_max     

特高压长悬臂输电塔与输电塔-线耦合体系的风振特性

对±1 100 kV特高压长悬臂输电塔进行了有限元动力时程分析,采用单塔模型和塔线体系研究了不同风向作用下塔身和横担的风振响应特性,分析了横担总宽度对输电塔风振响应的影响.结果表明:长悬臂输电塔的一阶振型为扭转振型;随着分析的横担部位不断远离塔身中心,位移响应均方根在X方向略有削弱而在Y方向逐渐增大; 0°风向下塔线体系模型和单塔模型的风振响应较为接近,而在45°风向和90°风向下塔线体系模型的风振响应较大;横担总宽度增大时塔身部位风振响应也相应增大,横担部位风振响应在Y方向增大而在X方向略有减小,且影响效果在不同风向时呈现出一定的规律性.分析结果为长悬臂输电塔的抗风设计提供参考.     

下游干扰体对上游高层建筑风力的影响

在用数值模拟和风洞实验方法对比研究两个方形高层建筑模型干扰影响的基础上,进一步用数值模拟方法研究了距离较近时下游干扰体对上游建筑的干扰影响.以广州合景大厦为背景,用数值模拟方法,并通过数值模拟与风洞实验平均风底部剪力的比较,得出当干扰的高层建筑处于下游或斜下游时,上游合景大厦的静风力比不受干扰时显著增大.说明在高层建筑密集、下游或斜下游建筑体量较大时,对上游建筑干扰后的静风力会有显著增加.     

输电塔线体系动力特性及风振响应分析

基于110 kV高压输电塔项目,建立了输电塔线体系有限元模型,并验证了输电线有限元模型的准确性.对单塔及塔线体系的动力特性进行分析,分析表明,塔线体系平面外振动耦合效应大于平面内.以谐波叠加法对输电塔线体系风载荷时程进行了数值模拟,对单塔和塔线体系的风振响应进行了时域分析.结果表明,输电塔和输电线风振响应均以一阶振型为主.塔线体系塔顶位移响应均方根值在0°风向角下是单塔的1. 73倍,而90°风向角情况下是单塔的4. 95倍.90°风向角情况下塔线体系塔顶位移背景响应分量增加较大,塔线耦合效应大于0°风向角情况.输电塔和输电线的平面内耦合效应通过输电线端部动张力差实现.输电塔塔身第2层主材所受应力大于其他各层,是倒塌破坏的危险位置.     

强风作用下大型双曲冷却塔风致振动参数分析

基于作者已提出的大型冷却塔风振计算方法(一致耦合法),结合风洞测压试验获得的表面气动力模式,分析了结构本身因素和外界干扰对强风作用下冷却塔结构风致振动的影响,对不同动力特性及阻尼比的冷却塔模型进行了风振响应背景、共振、耦合项及风振系数的精细化数值计算,对比并初步探索了周边干扰下大型冷却塔的风振机理.发现了特征尺寸、阻尼比和周边干扰对冷却塔风振响应的影响规律,为进一步理解冷却塔结构风致振动现象,避免不利共振的产生及采取相应的控制措施提供了有益的结果.     

基于时域法的不同塔架风力机抗台风分析

为探讨不同塔架形式风力机的抗台风性能,基于Abaqus有限元软件建立4种不同塔架形式的风力机一体化模型,用自回归(AR)法对脉动风时程进行模拟,分别进行了模态分析和台风时程分析.结果表明,风轮和机舱对风力机自振频率的影响较大;钢筋混凝土锥筒塔架的最大顺风向位移随台风风速的增加呈平缓线性增加趋势,而其他3种塔架的位移随风速的增加表现为非线性增加.钢管格构式塔架为轻型柔性结构,其风载响应最为显著,钢锥筒塔架次之,而钢筋混凝土塔架因具有较大的自重和刚度,其位移响应最小,抗风性能较好.     

特高压单柱拉线塔的静力稳定性分析

拉线塔在地广人稀的地区具有性价比优势,对于特高压拉线塔,受到的载荷变大,结构尺寸也变大,需要进行稳定性的分析。针对特高压单柱拉线塔的静力稳定性问题,建立拉线的分析模型,定义并推导出拉线的等效弹性模量以及拉线临界初应力的公式,将拉线塔的主柱简化成顶端为弹簧铰支座、底端为固定铰支座的压杆,推导出弹簧的弹性刚度与主柱的计算长度系数的公式;研究了不同风荷载以及不同拉线初始预应力的情况下计算长度系数的变化规律。研究结果表明：在拉线预应力保持不变的条件下,风速越大,计算长度系数越大;在风速保持一定的条件下,拉线的初始预应力越大,计算长度系数越小;预应力超过临界初应力时,主柱的计算长度系数不再减小且恒为1。可见将拉线的初始预应力设置为大于等于临界初应力可提高拉线塔的稳定性,拉线的临界初应力可以作为实际施工的参考。     

超高层连体建筑风荷载干扰效应大涡模拟研究

超高层三塔连体建筑的主楼受到裙房及子楼的干扰作用显著,以某超高层三塔连体建筑为对象,基于LES(大涡模拟)方法对其进行了24个方向角下的数值风洞试验,并将主楼的体型系数与物理风洞试验结果进行了对比验证,再基于大涡模拟结果分别从平均和脉动风压特性、涡量分布以及干扰机理等方面探讨了超高层多塔连体建筑风荷载和干扰效应.结果表明:大涡模拟和风洞试验结果吻合较好;单体工况下主塔表面随机涡旋较密集、风压脉动较大、且尾流分离区域较小,当子塔处于主塔上游位置时对主塔结构抗风设计存在有利的"遮挡效应",此时来流湍流对主塔风场分布起主导作用;当子塔处于主塔下游位置时会对主塔存在不利的风压放大作用,特征湍流作用更明显.     

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.     

通信铁塔动力效应分析

为研究通信铁塔在风载荷与地震影响下的结构振动及其稳定,使用ANSYS有限元分析软件对通信铁塔的风荷载受力情况、地震反应和模态进行动力效应分析.结果表明:在正常大风工况下,铁塔基础作用力最大,铁塔的基础作用力是由风速大小控制的.随着通信铁塔高度的增加,结构的自振频率减小,结构刚度减小;通信铁塔的结构刚度较大,其基本周期均...     

滑坡区输电塔线体系抗变形能力及动力响应分析

滑坡区输电线路由于风荷载作用产生的附加内力,承受地表变形能力大幅降低,极易发生断线、倒塔等事故,因此对输电塔线体系在风荷载和地表变形作用下进行安全性研究具有重要意义。以滑坡区某220 kV输电线路为研究对象,建立两塔三线体系有限元模型,并通过Kaimal谱和线性滤波法建立风荷载模型,对输电塔线体系在无风工况下的抗变形能力和设计风速工况下的动力响应进行分析。结果表明,在无风工况下,塔腿的沉降变形对输电塔线体系的影响最严重,铁塔发生屈服的杆件主要位于塔脚点、第一横隔材与斜材连接点以及第一横隔材与主材连接点;在设计风速条件下,塔线体系大部分工况仅能承受正常无风工况下的塔腿变形的60%～80%,垂直于线路方向的双腿沉降工况抗变形能力下降得最严重,仅能承受正常工况的30%,同时,塔线体系导、地线的应力以及塔头的位移均会在动力响应达到峰值时超限,从而导致塔线结构失效。     

3个不同高度高层建筑间的横风向动力干扰效应

试验分析了5种不同高度比情况下3个任意排列高层建筑间横风向基底弯矩响应的动力干扰效应,结果显示2个施扰建筑的协同作用会产生远高于单个施扰建筑的干扰效应.对3个建筑物间的包络干扰因子(FEI)分布提出了有效的简化表示方法,解决了三建筑物间干扰效应难以表示的难点.采用神经网络、统计方法对不同参数配置的FEI分布进行了分析,发现不同高度比配置以及不同地面粗糙度类别下的FEI分布存在较为明显的相关特征,并由此得到了可以反映不同参数对FEI分布影响的定量关系,大大简化了考虑多参数干扰效应所得结果的繁杂程度,使结构受扰后的荷载估计计算更趋于简洁合理.