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TMD的通信铁塔结构风振控制研究

5G通信时代的到来对通信铁塔结构可靠性提出了更高要求.为控制铁塔风致振动,以工程中某35 m高通信铁塔为研究对象,根据实际场地条件,基于线性滤波法生成风速时程,分别计算铁塔在规范风荷载和时程风荷载下的结构响应,并对比验证;最后引入TMD装置对铁塔进行风振控制设计与研究.结果表明,通过线性滤波法生成风速时程并计算通信铁塔...     

超高层建筑施工脚手架连墙件风载作用分析

目的研究风荷载对扣件式钢管脚手架连墙件的影响参数和计算方法,为超高层建筑施工脚手架连墙件合理设计提供参考.方法按《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)的规定,结合工程实例,对超高层建筑施工脚手架风压标准值,风压随建筑物高度变化系数,风振系数等进行计算分析,选取合理的计算参数.结果得出实用、合理的风载作用体型系数计算中的挡风系数计算方法及实用的高度变化系数,给出风振系数的算法及单个连墙件水平风压标准值.结论超高层建筑施工脚手架连墙件合理设计的风振作用应根据施工情况具体分析,在依据《建筑施工扣件式脚手架安全技术规范》(JGJ130-2011)基础上增加风振系数.     

基于随机振动理论酒杯型输电塔风振系数研究

针对输电塔架中应用范围最为广泛的酒杯型塔架,不同规范给出不同的风振系数计算方法.本文基于随机振动理论采用Davenport谱模拟脉动风,在ANSYS环境中对塔架有限元模型进行风振时程分析,从而得到模拟风振系数结果;并将模拟结果与规范运算结果进行对比分析,得到不同高度的输电塔架的风振系数变化规律.结果表明,在塔身部分三种规范及模拟结果都十分接近;对其曲臂及横担处,规范公式凸显不足,应该考虑刚度突变引起的此处风振系数变化.     

大跨度空间钢管桁架结构的风振响应和风振控制研究

为了获得大跨度空间钢管桁架结构在风荷载作用下的实时受力、变形情况和风振系数,本文采用自回归法编制计算程序,数值模拟具有空间相关性的大跨度空间钢管桁架结构的多点风速时程,根据由风速时程转化的作用于结构的风荷载时程对两个大跨度空间钢管桁架结构进行风振响应分析和风振系数的计算.结果表明,编制的计算程序可较好地模拟大跨度空间钢管桁架结构的空间点风速时程,计算所得风速时程的功率谱与目标功率谱吻合较好;采用粘滞阻尼器后结构节点位移及杆件应力振动幅值均有所降低,可有效地减小结构的风振响应;根据风振响应的计算结果给出了可供设计参考的结构风振系数.     

超大型冷却塔阻尼比现场实测及风振效应影响

以国内7座大型冷却塔现场实测阻尼比识别数据为基础,选取其中高位收水冷却塔为对象,基于实测阻尼比取值范围设置4种阻尼比(分别为0.5%、1%、2%和3%)计算工况进行风振响应完全瞬态分析,并将计算结果与规范阻尼比(5%)下的风振响应进行对比.在此基础上,提炼出了阻尼比取值对高位收水冷却塔风振平均和脉动响应特性的影响,并基于5种风振响应及3种等效目标计算了不同阻尼比下的风振系数,探讨并归纳了不同阻尼比、响应目标和位置对结构风振系数取值的影响规律,最终采用非线性最小二乘法提出了以阻尼比和子午向高度为目标函数的风振系数拟合公式.主要结论可为此类高位收水冷却塔风振动力分析阻尼比取值提供科学依据.     

大跨度屋盖结构风振系数随厚度变化研究

为研究大跨度薄壳屋盖结构屋盖厚度与风振系数关系问题,首先建立了时域内大跨度薄壳屋盖结构空间三维风振分析模型.然后通过FORTRAN软件平台编制基于谐波叠加法的脉动风载荷程序.最后采用ANSYS瞬态动力计算得到屋盖结构的风振系数值,并分析出该类屋盖结构的风振系数与屋盖厚度之间的变化趋势.结果表明,谐波叠加法是模拟风荷载的有效方法,大跨度屋盖结构的位移风振系数值随厚度的减小而增大,其中跨中部位为受风荷载影响最为显著.数值算例验证了本文方法的正确性与有效性,为屋盖结构的抗风设计提供理论依据和工程参考意义.     

500kV全联合变电构架体型系数风洞试验及风振系数取值分析

以典型的500kV全联合变电构架为背景,通过风洞试验测试与有限元计算分析相结合,研究全联合变电构架的风荷载体型系数、风振系数的取值.分别制作了1/11的单根横梁模型和1/32的七跨全联合构架模型,测试了不同类型横梁的风荷载体型系数,并基于风洞试验得到的体型系数对全联合构架进行风振响应分析,计算了其风振系数取值.结果表明,A,B和C三类横梁体型系数测试值分别为2.23,2.35和2.18,比《建筑结构荷载规范》和《变电站建筑结构设计技术规程》取值分别大8%,14%和7%;阻尼比2%时,20m,26m和34m标高处横梁的风振系数分别为1.60,1.80和1.58,比《变电站建筑结构设计技术规程》的取值分别大7%,6%和5%,国内规范对此类结构的风荷载取值偏于不安全.     

基于大涡模拟特大型冷却塔风振系数取值研究

为研究200 m级特大型冷却塔风振系数取值问题,以国内在建的某特大型冷却塔(200 m)为例,采用大涡模拟(LES)方法获得该冷却塔表面三维气动力时程,并与国内外大型冷却塔实测结果对比,验证了数值模拟的有效性.在此基础上,结合有限元方法和风振时程分析理论对该冷却塔的动力特性、风振响应与风振系数进行了系统分析,提炼出此类特大型冷却塔二维风振系数的分布规律,最终给出了以正迎风面子午向轴力为目标的整体风振系数取值.所得出的主要研究结论可为此类200 m级超规范特大型冷却塔的风荷载设计取值提供参考.     

叶栅环境下凹坑气膜孔的冷却特性研究

气膜冷却技术在燃气轮机涡轮冷却叶片中得到了广泛的应用,其冷却性能与主流流动、冷气流动、孔型等相关.本文首先利用平板条件下凹坑孔的实验数据对所采用数值计算方法的有效性进行了验证,之后分别对叶片压力面、吸力面处的凹坑孔在不同吹风比下的冷却特性进行了研究,并与典型圆柱孔的冷却特性进行了对比.结果表明:无论在压力面还是吸力面,凹坑孔的面积平均冷却效率均高于圆柱孔,而总压损失系数均稍低于圆柱孔;随着吹风比的增大,压力面和吸力面处凹坑孔的总压损失系数也随之增大,而面积平均冷却效率并非随之单调增大;在任一吹风比下,吸力面处凹坑孔的面积平均冷却效率、总压损失系数均大于压力面处.     

海上风力机随机风场模拟及风振响应分析

为研究海上风力机的风振特性,进行风力发电塔-轮系统的随机风场模拟和风振动力响应计算。采用谐波叠加法模拟塔架和风轮的来流风速时程,进而基于改进的叶素-动量理论(MBEM)模拟考虑风轮和塔架相干效应、风轮旋转效应的风轮脉动风速时程。结合已提出的柔性结构风振精细化频域计算方法"一致耦合法",对海上风力发电系统结构进行风振动力响应和风振系数计算。研究结果表明:海上风力发电塔-轮系统的风振动力响应以共振效应为主,但背景响应和耦合项不能忽略,风振呈现多模态耦合和多振型响应2个显著特征;系统风振系数的分布差异较大,其中风轮尖部最大(2.35),塔架中下部位最小(1.40)。     

球面网壳结构风振响应时程分析

利用线性自回归滤波器法(AR法),编制了大跨空间结构的风速时程模拟程序,通过算例验证了该方法对大跨空间结构具有的良好适用性.将模拟出的风荷载作用于单层球面网壳,用有限元程序ANSYS进行了网壳结构的风振响应时程分析.通过时程分析结果与频域法的相应计算结果的对比,发现时程分析法与频域法的计算结果基本吻合,时程响应的峰值远大于静风响应,频域法的风振系数略大于时程法的结果.     

高层建筑局部构件的风荷载效应

我国现行的建筑结构荷载规范给出的垂直于建筑物表面的风荷载标准值计算公式为:WK=βZ×μS×μZ×wo,对于高度大于30m且高宽比大于1.5的房屋结构,应采用风振系数来体现风压脉动的影响。高层建筑在高度为Z处的风振系数为:βZ=1+ζνφ/μZ,风振系数被定义为全部计算风压与静风压之比。它反映了风的脉动作用对结构的动力扰动效应,与主体结构的自身动力特性有关。由它算得的风压数值并不是建筑表面的真实风压,而是考虑主体结构作为弹性体,有本身的动力放大作用,针对结构动内力所采用的等效折算风压。然而,高层建筑中的局部构件,比如阳台栏…     

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.     

高压输电铁塔有限元模型的环境灵敏度分析

基于随机响应面法建立了高压输电铁塔灵敏度分析模型.利用BoxBehnken设计法,选取风速和覆冰厚度作为灵敏度参数,用随机响应面法将其隐式的灵敏度响应函数转换成显式函数,利用有限元计算结果验证所得显示函数正确性,并得到风速、覆冰厚度对输电铁塔不同位置的响应面图,可以直观分析出灵敏度及其变化.利用得到的显示函数,可以数值化风速及覆冰厚度对输电铁塔的影响率及变化率.证明响应面法在输电铁塔有限元模型灵敏度分析方面的应用价值,为以后更多交叉响应参数的灵敏度计算提供参考.     

窄基输电线塔风振系数研究

窄基角钢塔作为一种占地小、通道紧凑的新型杆塔,在城郊地区输电线路工程中有应用前景.但窄基塔的塔高与根开之比(根开比)一般大于10,现有杆塔规范中无法获取窄基塔风振系数.文章以某110 kV直线型窄基角钢输电塔为工程背景,利用有限元法对窄基塔结构进行风振响应时域分析,获得其风振系数的计算结果,并与荷载规范计算值进行对比,为窄基角钢塔设计分析中的风振系数取值提供参考.     

屋顶微波塔风振系数的计算与对比

研究了位于屋顶的微波塔在 3种情况下计算的风振系数 ,一种是规范方法 ,另一种是按理论方法不考虑钢塔与塔座的共同作用 ,第三种是按理论方法考虑钢塔与塔座的共同作用 ,对三者进行了比较 ,最后得出结论 :在一般情况下 ,用规范方法计算的风振系数比按理论公式计算的风振系数要大 ,因此用此风振系数计算的钢塔内力是偏大的。有大的集中质量 (平台、天线等 )处 ,应根据实际情况 ,把用规范方法计算的风振系数适当增大 ,以符合实际情况。按理论公式计算的风振系数在考虑塔座和钢塔共同作用与不考虑塔座和钢塔共同作用情况下两者差别较大     

基于高层建筑主体结构的中美风荷载计算分析对比

基于中美两国荷载规范,采用参数对比分析,讨论了二者高层建筑主体结构风荷载值计算的异同。分析了基本风速、风振系数、风载体型系数以及风压高度变化系数等参数的取值差异和原因。在此基础上,分别运用中美规范计算了某高层结构的风荷载标准值,结果表明,按美国规程计算的风荷载标准值大于按中国规范计算的值,但随着高度的增加差距逐渐缩小。     

超高层建筑风致振动的背景与共振响应相关性

国内外风工程界在超高层建筑结构的风振分析中习惯把风振响应分为背景和共振2部分,再通过平方和开方法计算结构总的响应,这种处理方法忽略了背景与共振分量的相关性,从而有可能导致风振响应的计算结果产生误差.文章以530 m高的广州东塔为例,进行高频底座天平测力风洞试验,采用近似算法与精确算法分别计算其风振响应,对背景响应和共振响应的相关性进行分析,并采用相关性系数来定量表达2者的相关性.结果表明,对于本案例,多数风向角下2者的相关系数大致在-10%~10%之间变化,但在结构响应峰值处其相关系数往往较大,最高可达-86%.忽略背景响应与共振响应的相关性在部分情况下会导致响应被低估,而在有时则会导致响应被高估.因此,建议直接采用精确算法计算超高层建筑的风振响应.     

突然开孔对平屋盖结构静动力风荷载的影响

采用刚性模型和气动弹性模型风洞试验,研究迎风面突然开孔对平屋盖结构静动力风荷载的影响.根据试验结果,分析了开孔前后平屋盖结构的平均风压系数、均方根风压系数和风振响应的变化规律,提出了开孔结构平屋盖净风压的计算方法,以及平屋盖风振系数的简化处理方法.研究表明:迎风面突然开孔会大幅增大平屋盖结构的静动力风荷载,在结构设计中必须考虑内外压的联合作用及相应的风致动力效应,但静动力风荷载的比值变化不大,因此仍可沿用封闭结构的风振系数.