桅杆结构动力特性及风振响应实测

对一座 4 8m高三方五层纤绳的三角形断面格构式桅杆进行了动力实测 ,用加速度传感器分别测得在初位移激励和脉动风荷载下的结构响应 ,同时用风速仪记录了实测时的风速 .根据实测结果分析了该桅杆结构的动力特性和风振响应的特征 .结果表明弯扭振动为桅杆的主要振动 ;桅杆 1阶振型阻尼比约为 0 .0 31,高阶振型的阻尼比为 0 .0 15左右 .桅杆的自振频谱密集 ,结构风振响应具有明显的宽带特性 ,带宽参数为 0 .75～ 0 .89.由于桅杆的非线性特征 ,结构杆身在风荷载作用下的加速度响应为非Gauss过程 ,峰态系数都大于 3.0 .根据实测结果 ,对这种悬挂天线的无线电发射桅杆在分析和计算过程中应该注意的问题提出了建议     

高耸结构考虑风与结构耦合作用的非线性风振响应

虽然在通常的结构风振计算中不考虑风荷载与结构的耦合作用，但是对基频较低的高层建筑和高耸结构，风与结构的合作用不容忽视。根据风的统计特征，将风速模拟成时间的函数，然后在结构的运动微分方程中考虑风速与结构速度的耦合作用，采用逐步积分法在每一时间步内求解方程，最后得到结构的风振响应。算例表明对高耸结构应考虑风与结构的耦合作用。     

非规则高耸佛像的风洞试验及风振系数

以新疆西王母像为工程背景,对非规则高耸佛像进行了测压风洞试验,建立了复杂的三维钢骨架有限元模型,计算了结构的动力特性,并利用ANSYS参数化设计语言,编制了能够精确求解非规则高耸佛像风振响应的程序.在此基础上,通过风洞试验所得的风压系数,计算得到254个测点的荷载时程向量,并加载至有限元模型,计算了30个风向角下佛像各关键测点处的风振系数.研究结果表明:风洞实验所得的风压系数时程数据的精度较高,可以满足佛像风振系数的计算要求;对于非规则高耸佛像,其自振频率分布密集,基阶振型不是主控振型,不能直接采用《规范》所建议的风振系数,而应重新计算;风向角的变化对佛像风振系数的影响十分显著,应对最不利的风向角进行抗风验算.     

高耸结构随机风荷载的数值模拟

风荷载是高耸结构设计计算的主要控制荷载,在随机风荷载作用下结构的动力响应直接影响结构的安全性和可靠性,因而高耸结构的风荷载数值模拟是非常重要的.针对脉动风风速的频谱特性和高耸结构风荷载的空间相关性,文章提出了一种新的高耸结构脉动风荷载的数值模拟方法.脉动风速的频谱特性用线性滤波器逼近,首先通过求解脉动风速自相关系数的Toeplitz方程得出该滤波器的控制参数初步近似值,再通过迭代进行优化,以Gauss白噪声作为输入,经过该滤波器滤波,即可生成具有所需功率谱的脉动风风速时程.考虑风荷载的空间相关性,最终给出了高耸结构脉动风荷载的时程.详细介绍了上述算法的理论和数值模拟方法,并讨论了滤波器阶数以及迭代算法控制精度的影响.结合电视塔结构,给出了具体的算例.     

广义Maxwell阻尼器高层结构随机风振响应解析法

为解决设置广义Maxwell阻尼器的非定常耗能结构在随机风荷载作用下的随机响应采用传统方法比较繁琐及精度不高的问题,针对此类结构提出基于传递函数法的精确分析方法。首先,用微分积分混合方程组建立了结构的动力运动方程;其次用传递函数法及巴斯金相关函数的随机风振激励模型,获得了结构用第一振型表达的时域瞬态位移响应非扩阶解析解;然后,根据获得的解析解,运用随机振动方法获得了该类型耗能结构第一振型下的随机风振响应及楼层处等效静态风荷载设计取值的解析解,最后通过算例计算显示:设置阻尼器后结构的位移减少约36.7%,同时与数值方法计算结果完全吻合,证明了本文方法的优越性。由于采用巴斯金相关函数的随机风振激励模型,本文方法可以应用其他诸如地震、路面不平等激励下的振动响应。     

单层柱面网壳的风振响应

在脉动风作用下单层柱面网壳结构的风振响应与一般高层高耸建筑的响应有较大的区别，其主要贡献模态一般不是第一模态，而往往分布在前数十阶模态．寻找对网壳结构风振响应有主要贡献的模态具有重要的意义．文中采用考虑高阶振型共振响应的综合模态法，计算了单层柱面网壳的风振响应，分析了自振频率、阻尼比等因素对共振响应的贡献，讨论了计算综合模态时所需的振型数；针对结构自振频率的密集性，揭示了考虑振型互相关性的必要性、影响振型互相关性的因素和计算振型互相关性所需的振型数，并给出了具体结构的位移风振系数和内力风振系数．     

带TMD高层结构抗风优化设计

对于带TMD控制装置的高层结构风振响应问题,由于风荷载和结构响应具有随机性,运用基于动力可靠性约束的优化方法对TMD装置的系统参数进行优化设计是十分必要的和合理的.在运用复模态法和扩阶法得到结构和控制装置随机风振响应的基础上,以TMD装置响应的动力可靠性作为约束条件,以主体结构广义位移的最大响应均值最小为目标函数,运用罚函数法对TMD装置的系统参数进行优化取值,建立了带TMD高层结构基于动力可靠性约束的抗风优化设计的方法.     

基于MR阻尼器高耸钢塔结构风振半主动控制

针对上海即将兴建的某300m高耸钢塔结构，提出了一种基于LOG控制（线性二次型高斯最优控制）的跟踪控制策略，并通过基于Davenport谱的脉动风速模拟，对其在有无施加半主动跟踪控制下进行了风振时程响应的动力分析和比较．结果表明：这种风振半主动控制算法对其脉动风作用下的加速度响应具有极其优良的控制品质和控制效果，为高耸钢塔结构脉动风作用下的舒适度设计提供了一种独特的控制装置和方法，大大降低了此类构筑物风振控制设计的成本．     

桥梁涡振可靠度参数不确定性影响分析

通过风洞试验获取桥梁涡振涉及的风-桥梁相互作用、桥梁结构特性等参数,借鉴已有研究成果确定上述参数的经验分布类型和统计特性;选取不同的涡振最大振幅模型建立了3种形式的桥梁涡振功能函数,应用基于最佳平方逼近理论的二次四阶矩法和Monte Carlo模拟法,估算参数随机特性的传递对桥梁涡振的影响;选取一座大跨度桥梁分析了参数变异系数、偏度系数、峰度系数和分布类型等不确定性对桥梁涡振失效概率的影响.研究表明,运用基于最佳平方逼近理论的二次四阶矩法计算桥梁涡振失效概率具有较高的精度和效率,且该失效概率对Strouhal数和Scruton数敏感,对功能函数的表达形式不敏感;参数的变异系数对桥梁涡振失效概率的影响比偏度系数和峰度系数大,在不改变参数前四阶矩的前提下,其分布类型对失效概率无影响,建议在估算桥梁涡振可靠度时需对参数不确定性进行深入分析.     

索膜结构的非线性风振响应

索膜结构是一种新型大跨度空间结构形式,该类轻柔结构对风的作用十分敏感,风荷载往往是结构设计的控制荷载.文中运用有限元程序对一实际索膜结构进行了自振分析,然后用自编程序进行了结构风振响应的理论分析,分析中考虑了风向、风速、膜预张力等基本参数对结构响应的影响,发现索膜结构的自振频率随膜预张力的增加而明显增大,风速对结构风振响应也有较大影响.     

风力发电结构在风沙荷载激励下的动力响应分析

为研究风沙荷载对风力发电结构的危害,对风力发电结构进行风沙荷载作用下的动力响应分析.基于某2 MW风力发电机,建立不考虑风机叶片、考虑叶片旋转以及考虑土-结构相互作用的三种有限元模型.采用Dav-enport风速谱和谐波叠加法模拟脉动风速时程,利用动量守恒定律和风沙流密度建立风沙荷载力学计算模型.通过ANSYS分别模拟...     

大型风力机柔性叶片在运行工况下的内力分析

为了准确地模拟柔性叶片在运行工况下叶片危险截面的内力,进行叶片的强度与刚度分析,并考察叶片的振动对气动载荷与气弹响应的反馈,以美国可再生能源实验室(NREL)发布的5 MW近海风力机为研究对象,建立了包含气动模型和系统的动力响应模型两部分的柔性叶片非线性气动弹性力学模型。采用计算多体系统动力学理论,基于Roberson-Wittenburg建模方法,结合叶素动量理论,建立了柔性叶片的气弹耦合方程,实现了叶片的气弹耦合时域响应分析。算例计算了NREL的5 MW近海风力机在紊流风速作用下,叶片各截面的挥舞、摆振和扭转方向内力矩的时域响应。研究成果对于叶片强度与刚度校核与优化设计有重要的应用价值。     

基于ANSYS与Workbench的雨棚结构有限元分析

以某桥梁工程中的人行道雨棚为研究对象,利用有限元软件ANSYS建立了雨棚结构的整体有限元简化模型,对其同时承受风载和雪载的状态进行了静力学分析,得到了它的整体变形和应力分布结果,并提取其整体结构的轴向力和弯矩,作为分析其柱脚的载荷.在Pro/E中建立了柱脚的三维实体模型并将其导入到Workbench中,利用Workbench对其进行加载分析,得到柱脚的变形和应力分布情况.结果表明该雨棚的整体结构和柱脚设计均满足强度和刚度要求.     

粘滞流体阻尼器对电视塔的风振响应控制

以合肥电视塔为工程背景,探讨了粘滞流体阻尼器对高耸电视塔在强风作用下风振响应的振动控制.按照随机振动理论,仿真得到了作用在电视塔上的19维互相关的人造脉动风压时程样本曲线,并利用时程样本进行了电视塔的风振响应分析;建立了一种双模型的动力分析方法.对安置了粘滞流体阻尼器的合肥电视塔进行了控制分析;以上塔楼的风振响应为优化目标,对阻尼器的参数进行了优化设计.研究表明,电视塔的风振响应峰值超过了规范的容许值,设置了粘滞流体阻尼器后电视塔的风振响应均有明显的减小,阻尼器消耗了大量的结构能量,采用最优阻尼参数使上塔楼加速度峰值响应下降了43.4%.     

大跨度张弦桁架雨棚结构等效静风荷载数值模拟

基于谐波叠加法模拟生成风速时程并转化为风压时程;采用ANSYS建立结构有限元模型,施加模拟所得的风压时程,计算分析结构风致动力效应;给出风振动力放大因子定义,将其与基于特定时刻的结构瞬时风压分布相结合,进而提出等效静风荷载新内涵.运用数值模拟分析,给出了基于结构立柱基底竖向反力和桁架跨间位移的等效静风荷载.     

斜拉跨越结构的风载影响分析

利用有限元分析软件对木龙河斜拉索跨越结构在风载荷作用下的动静态力学特性进行了分析.静态分析表明,风力小于3级时桥的最大位移和最大应力随风力变化不大.风力大于3级时两者随风力的增大而显著增加.通过模态分析得到了跨越结构的前10阶振型和频率,并分析了8级动态风载下管桥中部和端部两个关键节点的位移和拉应力的时间历程响应及某一时刻跨越结构的应力、位移分布情况,最后得到了动态风载荷下风力与最大应力和最大位移之间的关系,得出的结论与静态一致,但在大于3级的风力情况下,动态风载引起的最大位移和最大应力比静态风载约大2倍.     

风荷载作用下输电线路数值模拟及金具失效分析

为了缓解风荷载作用下输电线路动力响应造成电力金具断裂失效等问题,通过建立整体输电线路有限元模型,利用随高度变化的Kaimal风速谱和Davenport互相关谱,用谐波叠加法模拟沿输电线路方向多点互相关的随机风风速时程曲线,利用模拟的随机风荷载进行输电线路动力响应分析,提取导线单元的应力并换算为传递给线夹的集中力,对比稳定风荷载计算方法,建立随机风荷载和稳定风荷载两种典型的荷载工况,再通过ABAQUS建立整体连接金具有限元模型,研究了输电线路整体结构中连接金具及复合绝缘子的应力情况。结果表明:风荷载对金具应力有显著影响;在整体模型中,球头挂环较其他金具容易发生断裂破坏,其次是线夹和直角挂板;复合绝缘子杆部连接处采用球头球窝连接方式,容易产生较大弯曲应力而造成杆部过渡处断裂。     

浮冰作用下单桩海上风机动力响应分析

随着海上风电在环渤海地区不断发展，冰激振动响应为当前环渤海地区海上风机面临的重要问题 .基于海上风机一体化数值分析软件，对浮冰作用下单桩海上风机动力学响应展开研究 .重点探究单桩风机塔基以及泥面线处载荷动力响应变化规律，研究不同冰载数值模型、冰厚以及冰速对单桩海上风机动力响应影响，开展抗冰锥结构下单桩海上风机动力响应影响规律.结果表明：不同冰载数值计算模型下的计算结果差别较大，采用Matlock双齿模型计算出的塔基载荷以及泥面线载荷最大，分别为无浮冰作用的 2.2倍与 1.3倍；单桩海上风机动力响应随冰厚增加而增加，冰速变化对单桩海上风机结构荷载影响不明显；采用抗冰锥措施后，作用于单桩海上风机的冰荷载显著降低，极大降低单桩风机塔基以及泥面线位置处的剪力与弯矩，塔基位置处剪力与弯矩的最大值分别为无抗冰锥结构的82%与95%.同时抗冰锥结构可极大降低作用结构上的冰荷载，其冰载最大值与标准差分别为不采用抗冰锥结构的5%与7%.     

拱型波纹钢屋盖结构风振响应的频域分析

拱型波纹钢屋盖结构自重轻,在风荷载作用下结构的动力响应较为显著,在设计中应给予足够重视.利用ANSYS有限元软件中的壳单元Shell63模拟拱型波纹钢屋盖结构,研究了结构的自振频率和振型,并对结构在脉动风荷载作用下的性能进行了随机振动分析.研究成果不仅验证了脉动风荷载对这种结构是一种非常不利的荷载形式,而且给出了这种结构风振系数的建议取值.     

1000kV特高压变电构架风荷载及风致响应

1000kV特高压变电构架高度大、频率低,其风荷载及风致响应对结构设计起控制作用。本文通过高频天平测力风洞试验获得1000kV特高压变电构架塔架节段（A~D节段）、横梁和整体模型的基底剪力和弯矩,分析地貌类型和风向角对体型系数的影响规律,并与国内外相关规范进行对比分析,利用有限元方法计算结构风致响应并详细考察不同地貌下结构位移响应及风振系数随风向角的变化规律。研究结果表明:0o风向时,模型节段A~D三类风场（均匀流、A类和B类）体型系数之比分别为1:0.93:0.42、1:0.86:0.36、1:0.84:0.41和1:0.60:0.23。90o风向时,整体模型在三类风场下的体型系数均取得最大值3.40、2.42和0.97,比DL/T 5154-2012和ASCE7-16规范值大24%~40%。此外,结构塔顶位置X和Y方向位移响应均方根值分别在90o和0o达到最大值69.66mm和61.51mm,塔顶典型节点X和Y方向风振系数分别在0o和90o风向取得最大值2.61和3.27。