拉线门塔在下击暴流作用下的响应分析

以某220kV输电线路拉线门塔为工程背景,通过时程响应分析对比研究了拉线门塔在下击暴流与常规B类风场作用下的响应特性.建立了拉线门塔-输电线体系空间有限元模型并进行了动力特性分析,通过风洞试验测试了拉线门塔刚性模型和双分裂导线模型的体型系数,模拟了规范B类风场和下击暴流风场的脉动风荷载时程,采用Newmark-β法分析了拉线门塔在两种风场脉动荷载作用下的响应,并与规范设计荷载等效静力作用下的效应进行了比较.结果表明:拉线门塔在下击暴流作用下,立柱峰值压应力达到600MPa,是常规B类风场作用下的4.6倍;拉线极值拉应力达到1 300 MPa以上,是常规B类风场作用下的2.5倍;且拉线门塔位移响应以导线频率占主要成分的低频响应为主,导线荷载对拉线门塔位移响应影响显著而对其加速度响应影响甚微.比较研究表明,中国规范缺乏下击暴流风荷载的设计条文,但是对杆塔进行常规B类风场作用下的设计取值是合理的,而美国ASCE荷载导则的计算方法会低估下击暴流对拉线门塔的破坏作用.     

不同风场下高层建筑风效应的风洞试验研究

在大气边界层风洞中模拟了C,D两类地貌的风场,对某市区办公楼进行了风洞试验,分析了不同风场下高层建筑风压分布特性、风荷载及风致响应特性.结果表明:C类风场下平均风压系数、总体弯矩系数、最大基底剪力和最大基底弯矩均大于D类风场的对应值;C类风场下办公楼风荷载大于D类风场下办公楼风荷载;C类风场下各测点风压谱峰值对应频率均小于D类风场下各测点风压谱峰值对应频率;C类风场下结构顶部峰值加速度大于D类风场下结构顶部峰值加速度.     

台风风场与B类风场作用下输电塔风效应对比研究

在边界层风洞中开展了台风风场与B类风场条件下某角钢输电塔气弹模型试验,采用谐波合成法模拟了不同高度的风速时程,在时域内进行了输电塔结构风致响应计算,对比研究了两类风场条件下的风致响应与风振系数.研究结果表明:输电塔风致加速度响应随着来流风速的增大而明显增大,台风风场条件下加速度响应更为剧烈,比B类风场条件大约20%～30%;B类风场条件下风振系数为1.59,台风风场条件下达到1.85,总体增幅达到16%;数值模拟结果与风洞试验结果较为吻合.因此,台风多发地区的输电塔设计应考虑台风高湍流引起的动力风荷载增大效应.     

张拉整体塔结构风荷载时程模拟及风振分析

为研究张拉整体功能性建筑，比较分析了5种不同的风速功率谱函数，得知张拉整体塔结构的风荷载计算在一定高度内可以不考虑风速谱的变化；模拟了张拉整体塔结构不同高度处的风速时程，并转化为风荷载时程；对在465 MPa初始预应力状态下的结构进行了风振分析，得知其风振响应较小；比较分析了不同初始预应力下结构的风振响应，得知3种杆件的动静比都随预应力增大而增大，在一定范围内的不同初始预应力下结构各节点最大位移基本相等．     

北京奥林匹克中心演播塔TMD风振控制

以北京奥林匹克中心演播塔为工程背景,研究了调频质量阻尼器(TMD)对高耸电视塔在强风作用下风振响应的振动控制.将该塔的三维空间模型简化为二维模型;基于随机振动理论,利用M.Shinozuka方法对该塔的脉动风荷载进行数值模拟,得到了脉动风荷载时程曲线;在此脉动风荷载作用下,SAP2000三维空间模型的计算结果和二维模型的计算结果相吻合,而且利用三维模型进行计算,大大节省了时间;以该塔顶层的风振响应为优化目标,对TMD的参数进行了优化研究.结果表明,该塔的风振响应超过了规范的容许值,设置TMD后该塔的风振响应有明显的减小;在TMD最优参数下,该塔的风振位移响应和加速度响应的减振率分别为43.1%和29.5%;TMD对该塔的风振响应有明显的控制作用.     

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%.     

大跨拱形结构等效静力风荷载

基于计算流体动力学(CFD)方法和有限元动力时程分析法,数值模拟脉动风特性,获取脉动风速时程,以此作为数值风洞模拟的入口边界条件.运用FLUENT软件对大跨拱形结构进行脉动风作用下结构的非稳态分析,得到作用于结构的时程风压荷载;运用ANSYS分析软件进行结构的风振响应计算,分析获得了基于结构风振响应时程的等效静力风荷载.提出多目标等效静力风荷载加权组合系数的定义,计算获得了大跨拱形结构的多目标等效静力风荷载,并验证了其计算精度.研究结果表明,在基于该方法所得等效静力风荷载作用下,结构静力响应计算结果与风振动力时程响应极值吻合.     

在役风电塔结构的最不利风--震组合作用响应分析

因风电塔整体结构不沿轴向对称,为明确该结构的受力特性和保证结构安全,采用国外及国内两种数值计算方法对塔筒结构进行了研究,分析风荷载作用下、地震动作用下和风–地震组合作用下的塔体结构的受力差异.在此基础上对塔筒结构进行风–地震组合作用下的不同地震动输入方向的动力响应分析进行研究.结果指出了该状态下对塔筒结构最不利的地震动输入方向以及该作用条件下塔筒结构的薄弱位置为塔筒开口位置.     

爆炸荷载作用下拱型结构端部动剪力响应的数值分析

为了解工程结构在爆炸荷载作用下的抗剪性能，应用有限元方法，分析了核武器和常规武器爆炸荷载作用下拱型结构的端部动剪力的线性和非线性响应特征；分析了结构厚跨比、荷载作用时间、边界约束条件以及塑性变形的影响规律。得出了厚跨比对端部动剪力影响较大，结构塑性变形只对端部动剪力第1个负向峰值或第2个正向峰值影响较大等结论。     

随机风作用下同塔四回输电杆塔安全性分析

针对蒙西地区220kV同塔四回路典型输电线路段,采用有限元方法模拟研究杆塔在随机风作用下的结构强度和疲劳寿命。利用ABAQUS有限元软件建立塔线耦合体系有限元模型,考虑蒙西地区地形特点,采用数值方法模拟生成随机风场,计算塔线体系的动力响应。根据计算结果确定杆塔的危险区域,建立该局部三维实体有限元模型,并与其他部分的杆梁模型组合为实体与杆梁混合模型。提取塔线体系在随机风作用下导地线挂点的支反力时程曲线,模拟实体与杆梁混合模型的动力响应。模拟研究了两种风速和不同螺栓预紧力情况下杆塔结构强度,并分析了随机风激励下杆塔的疲劳寿命。结果表明,螺栓的松弛对杆塔强度和疲劳寿命影响明显,可能是引起杆塔破坏的主要原因。     

水平荷载控制的复杂体型高层建筑结构设计研究

为对水平荷载控制的复杂体型高层建筑结构设计展开研究,首先阐释了水平地震作用下高层框架-剪力墙结构体系的动力特性,分析了风载作用下结构的风振响应及风荷载标准值计算方法.以某大厦为研究对象,从结构选型与布置、荷载标准值、主附楼之间的连接构造、基础的埋深、持力层的选择等方面对其展开结构设计计算,对结构自振周期、结构自振振型以及地震荷载或风荷载作用下产生位移结果展开了分析.研究结果表明:所研究建筑在水平荷载控制下,结构布置合理,变形满足要求,设计计算结果准确.     

考虑土―结构相互作用的运转状态风电塔抗震分析

针对某陆上风电场1.5 MW风电塔结构,建立了"塔筒―基础―地基"整体三维精细有限元模型,研究土―结构相互作用对风机运转状态下风电塔结构地震动力响应的影响规律.在风机运转状态下,使用FAST程序把风速时程转化为风荷载时程输入模型,并使用EERA程序进行土层地震反应分析得到模型土层底部的地震波,作为地震激励进行输入,对风电塔进行模态分析并计算风电塔地震动力响应.研究表明,考虑土―结构相互作用效应会引起风电塔体系自振频率降低,并显著增加风电塔的结构动力响应.     

运转工况下风电塔抗震分析

为了研究运转工况下风电塔的地震响应及倒塔模式,使用风电塔设计软件FAST建立风电塔模型,比较停机和运转不同工况下的结构响应,并在运转工况下通过改变地震动输入方向研究不同风震组合角对结构响应的影响,得到最不利工况;使用ABAQUS建立风电塔的精细化有限元模型,将FAST计算的塔顶风荷载导入ABAQUS开展分析计算.将基于叶素理论计算的塔顶荷载与FAST计算结果进行对比,并进一步将弹性阶段ABAQUS与FAST模拟的塔顶位移进行对比,校验分析方法的合理性.利用ABAQUS模型将地震动调幅,开展倒塔模拟.研究结果表明运转工况下最不利风震组合角是90°,强震下塑性铰在塔身下部出现并向中上部发展,最终该风电塔在中上部发生破坏.     

基于层内力等效的偏心高层建筑三维等效静力风荷载

对于质心和刚心不重合的偏心高层建筑，由于结构三维振型耦合与气动力耦合等因素的影响，其等效静力风荷载的评估变得十分复杂. 基于振型加速度法，推导了考虑三维气动力耦合和振型交叉项贡献的偏心高层建筑各层拟静力项和惯性力项内力（剪力和弯矩）响应计算方法. 在此基础上，基于各层内力响应等效，建立了能合理反映荷载沿高分布信息的结构三维等效静力风荷载评估方法. 随后，结合3种典型矩形截面高层建筑刚性模型测压风洞试验，分析了荷载相关性、结构偏心率和截面长宽比对偏心结构三维等效静力风荷载的影响. 研究表明：对于偏心截面高层建筑，振型交叉项和荷载相关性对结构风致响应与等效静力风荷载的贡献不可忽视，若忽略两者则会低估偏心高层建筑三维等效静力风荷载，特别是扭转向等效静力风荷载. 此外，偏心率和截面长宽比同样影响偏心高层建筑等效静力风荷载的大小和分布情况. 相关研究可为偏心高层建筑的抗风设计提供一定的指导.     

大跨度钢箱梁斜拉桥施工过程风致抖振时域分析及抗风措施

以杭州湾跨海大桥北通航孔斜拉桥为背景,采用ANSYS有限元分析软件对其施工中最大双悬臂及最大单悬臂状态进行了风致抖振响应时域分析.采用谐波合成法进行了随机风场模拟,对塔、梁和索承受的风荷载分别进行了简化,并给出了静风力、抖振力和自激力的时域表达式及自激力在ANSYS中的实现方法;采用“鱼骨式”模型作为斜拉桥主梁的计算模型,分析考虑了结构的几何、气动非线性.分析结果表明:在施工阶段设计风荷载下,主梁悬臂端及塔顶处位移响应较小,风荷载效应与恒载效应组合后,塔根部截面最大拉应力为0.707 MPa;根据抖振响应分析结果和其他因素综合考虑,对杭州湾跨海大桥北通航孔斜拉桥提出了施工过程中有效可行的抗风措施.     

输电杆塔在风沙荷载激励下的动力响应分析

为了深入研究风沙荷载对输电铁塔的危害、提高我国输电线路整体的防灾减灾能力,以直线塔为研究对象,采用SAP2000软件模拟了杆塔结构在风荷载和风沙荷载作用下的动力响应.将风沙荷载简化为风荷载与沙粒荷载的叠加,并应用Matlab软件进行模拟.风荷载采用Kaimal风速谱和谐波叠加法进行拟合,沙粒荷载则基于动量守恒定律和沙尘暴天气等级进行简化.风荷载与风沙荷载作用下单塔结构动力响应特性的对比结果表明:风沙荷载、结构动力响应、塔顶最大顺风向位移均随着风沙荷载等级的增加而增大,且均大于风荷载单独作用.此外,最高等级的风沙荷载较同风速下风荷载作用的塔顶最大顺风向位移增加约26.94%.因此,在风沙灾害频发的区域,风沙荷载对输电线路的危害应予以关注.     

高耸结构风振响应的MTMD控制研究

研究了MTMD对北京奥林匹克公园中心演播塔在强风作用下风振响应的振动控制效果.基于随机振动理论,利用M.Shinozuka方法对该塔的脉动风荷载进行数值模拟,得到了6条脉动风荷载时程曲线;利用大型三维空间有限元软件MIDAS/GEN7.3.0建立了该塔三维模型,并对该塔进行了动力特性分析,同时利用6条脉动风荷载时程曲线,对该塔的风振响应进行了MTMD振动控制研究,以该塔顶层的风振响应为优化目标,对MTMD的参数进行了优化研究.结果表明:该塔的加速度风振响应超过了规范的容许值,设置MTMD后该塔的风振加速度响应有明显的减小;最优参数的MTMD对该塔的风振加速度响应和位移响应的减振率分别为30.5%和46.0%.MTMD吸收了大量的能量,对该塔的风振响应有明显的控制作用.     

高层、高耸结构抗风动力可靠度

利用风荷载作用下的高层、高耸建筑结构动响应特性，采用振型分解法并结合《建筑结构荷载规范》推导出结构动力响应统计参数的计算公式；根据随机振动的极值理论，利用得到的统计参数，采用正态分布法计算了抗风结构在一次强风作用下的动力可靠度；并通过风荷载出现频率的泊松分布假设，分析得到了抗风结构在设计基准期内的动力可靠度计算公式。算例证明此方法计算简单，易于工程应用。     

大跨径斜拉桥斜拉索静风荷载计算方法比较

针对大跨径斜拉桥对风荷载作用十分敏感的特点，分析了斜拉索风荷载的不同计算方法的差异，并以苏通长江公路大桥为例比较了不同计算方法对关键截面响应的影响．分析表明，对于大跨径斜拉桥，斜拉索上的风荷载计算方法对关键截面的响应影响较大；横桥向风作用下，在不考虑斜拉索设计风速的误差的前提下，可将斜拉索上风荷载平均分配到其端部；顺桥向风荷载作用下，则斜拉索上风荷载应直接作用在拉索分段的节点上。     

典型轴载作用下小跨径简支梁桥响应特征分析

研究典型轴载作用下小跨径简支梁桥的受力特点,基于WIM数据确定典型轴载及其荷载参数,借助影响线加载方法及相关力学原理计算简支梁桥在典型轴载作用下的正弯矩、剪力和位移响应,将其与《公路工程技术标准》(JTG B01-2014)中的设计荷载效应进行比较,并以比值为分析对象,讨论小跨径简支梁桥在典型轴载作用下的响应特征。分析结果表明:单轴荷载较相同载重量的双联轴、三联轴对结构的荷载效应更为明显,小跨径简支梁桥在典型轴载作用下的正弯矩、位移响应较剪力效应更为明显,结构的强度安全由其抗弯强度控制,随着跨径增加,单轴荷载效应与设计荷载效应的比值单调递减,而双联轴、三联轴的荷载效应比值呈现先增后减的变化规律,峰值所对应跨径为6 m~8 m。