在脉动风压下结构风振系数的探讨

在脉动风压下结构的风振系数是结构物特别是高耸结构物在抗风计算中的重要问题。苏联、加拿大、法国等国文献或规范[1][2][4][8]等在确定脉动风压的动力系数时,未能完整考虑沿结构高度脉动风压和结构质量分布的影响,并且常作了沿水平长度风压是不变的假定,求出了风振系数,因此有了一定的偏差存在。本文按无限或有限自由度体系,根据随机振动理论,按振型分解的方法,考虑风压沿高度和长度的变化规律,求出了风振系数。根据国内外风压实测资料,求出了风振系数中有关数据。对于沿着高度其刚度和质量都比较均匀的建筑物,提出了简化公式和折算公式。有关数据已制表格,可供应用和荷载规范修订时参考。     

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.     

脉动风作用下气象钢塔的结构风振响应研究

以脉动风作用下沿海某气象钢塔的风振响应为研究对象,采用谐波叠加法对脉动风载荷进行模拟并验证其有效性,得到作用于气象钢塔各层上的脉动风载荷时历。建立塔架结构的空间三维有限元分析模型,进行有限元仿真,采用时域方法计算钢塔的风振动力响应,为气象钢塔的前期设计和振动控制提供必要的技术参考。分析结果表明,在50年一遇风载荷作用下,该气象钢塔的最大风振位移为0.013 m,在规范要求范围内,塔架设计具有合理性。     

门架式交通标志的风振系数计算

以一格构式门架为例，提出跨径较大的梁柱式门架的风振系数计算方法。首先进行模态分析，确定风荷载计算是否需要考虑风振系数，根据门架结构的特点，结合风振系数基本理论，推导出梁柱式门架风振系数的简化计算公式。对示例门架的计算结果表明：不考虑风振系数使风荷载取值减小约50％，不能保证门架结构的抗风安全；门架设计规范中风荷载取值不考虑风振系数只适用于传统的跨越半幅路基的小跨径门架。     

高耸高层结构随机风振空间相关性及折算系数

本文研究随机风振空间相关性的影响,导出了针对高耸高层结构考虑空间相关性的风振计算有关公式。为了便于应用及规范修订,导出折算系数有关公式,按目前常用的未考虑空间相关性的计算结果乘以此折算系数,即为考虑空间相关性的结果.本文对各种试验资料、结构物外形等进行了分析和比较,得出了结论,可供实际应用和规范修订时参考。     

桅式结构的风振系数研究

对桅式结构的风振系数进行了研究，用随机振动理论推导纤绳和杆身的风振系统公式，应用于实例计算，其结构良好。     

基于统一强度理论和拉梅解答的钢管混凝土柱承载力研究

本文基于双剪统一强度理论推导的核心混凝土抗压强度公式,将拉梅解答引入钢管混凝土的计算中,再参考规范引入考虑长细比影响的承载力折减系数,得到新的钢管混凝土极限承载力计算方法,公式计算值与试验值吻合良好.最后,讨论极限承载力公式中系数k的取值,构建一种新的系数k的计算方法.本方法计算过程清晰、系数较少,研究成果丰富了钢管混凝土柱的计算理论,可为实际工程提供理论参考.     

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.     

1000kV干字型铁塔风振系数研究

针对福州-厦门1 000 kV干字型耐张铁塔的结构抗风性能,在ANSYS软件中建立杆梁混合模型,由AutoCAD铁塔组装图计算挡风面积,采用AR法模拟风速时程并计算风荷载,通过时域法完成铁塔风振系数计算.仿真结果表明:与建筑规范相比,干字型铁塔的风振系数随高度增加而呈非线性、曲折形增长,其分布特性与铁塔质量和挡风面积的比值有关;由AutoCAD铁塔组装图计算挡风面积与填充系数为0.192 5时的经验公式计算结果较为接近,但是在横隔面处二者面积计算值差异比较大,也导致两种方法所得到的风振系数在横隔面处存在较大差异.     

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.     

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．     

钢管组合大跨越输电塔结构动力特性研究

利用有限元分析软件ANSYS建立了钢管组合大跨越输电塔SZK系列的杆梁混合分析模型,采用子空间迭代法得到了结构的前5阶模态,对比以实测所得的周期近似公式,经过修正得到了该类结构的不考虑导地线影响的更加精确的第一阶周期计算公式．文章进一步考虑导地线的影响,研究不同垂直档距下输电塔的动力特性,了解了结构动力特性的变化特点,并引进考虑导地线影响的周期放大系数,修正了第一阶周期计算公式．分析研究对输电塔的抗震、抗风设计有一定参考意义．     

风力机塔架结构风振试验的模化方法(英文)

本文讨论了风力机塔架相似模型的建立,并把强风瞬时风速记录变换为符合相似条件的风模型。采用激振器对塔架模型做模拟风激振试验以及在静风荷载作用下塔架模型的光弹实验。完成上述工作,即构成了完整的风致振动的模化实验方法。     

多尺度模型下高压输电钢管塔关键节点失效模式的研究

为探究多尺度模型下高压输电钢管塔关键节点在极端气候条件下的失效模式,以某大跨越直线塔为研究背景,提出了一种在有限元软件ABAQUS中实现不同尺度单元连接的方法,并验证了跨尺度连接的合理性。建立了结构行为一致多尺度输电钢管塔模型,通过对比分析证明了多尺度模型的合理性。对输电塔可能遇到的大风、覆冰、断线三种极端气候工况进行了数值模拟,通过对数值模拟结果的分析,得到了不同工况下输电塔关键节点的失效模式,为高压输电钢管塔的设计和维修加固提供了可靠的依据。     

考虑桩-土-结构相互作用的输电塔-线体系风振响应及减振控制

为研究风荷载作用下考虑土与结构相互作用(soil-structure interaction, SSI)对输电塔-线体系的动力响应与减振控制的影响。根据实际工程,建立输电塔-线体系模型和桩-土-输电塔-线体系模型,然后分别对软土条件下考虑SSI效应的输电塔-线体系和刚性地基的输电塔-线体系进行风振响应分析。将多个粘滞阻尼器安装在考虑SSI效应的输电塔上,对输电塔风致振动进行控制。研究结果表明：考虑SSI效应后,输电塔的位移响应明显增大,其中塔身代表节点的位移最大值、均方根值分别增大64.73%、79.09%,塔身和塔腿的轴力响应减小。阻尼系数相同时,速度指数为0.3的阻尼器对输电塔风振控制效果最好。速度指数相同时,阻尼系数越大塔顶位移响应和塔身单元的轴力响应越小。速度指数为0.3,阻尼系数低于30 000 kN·(s/m)^0.3时,不同阻尼系数的阻尼器对塔顶节点的位移控制效果差距明显,阻尼系数小于15 000 kN·(s/m)^0.3时,不同阻尼系数的阻尼器对塔身单元的轴力控制效果差距明显。     

基于ANSYS的酒杯塔模型分析研究

本文以220kV线路酒杯塔为研究对象,以有限元分析为研究手段,建立了等截面型钢模型、桁梁混合模型和刚架模型,并在不同工况下对这3种模型进行静力分析,得到3种模型在不同工况下的分析数据,并与真型塔的实验数据进行比较分析,发现在3种模型中,桁梁混合模型的实验数据与真型塔的数据相比误差最小,最接近真型塔.得到最优模型后,对模型进行了模态分析,以验证塔的整体强度/刚度能够满足规范和工程要求,达到线路安全可靠运行的目的.     

基于等效刚度的输电杆塔简化方法研究

本文提出了一种基于等效刚度的输电线路杆塔简化等效方法,并利用算例验证了该方法的正确性。基于ABAQUS有限元软件,采用本文提出的简化等效方法、精细化杆梁混合模型以及传统固定约束等效方法分别模拟研究了典型大刚度直线塔和小刚度耐张塔在舞动条件下的动态响应。模拟结果表明：对于刚度较大的输电杆塔,三种等效方法模拟得到的舞动垂直位移、水平位移、扭转角度和振动频率结果十分接近,误差不超过3.3%;而对于刚度较小的输电杆塔,本文提出的等效方法与精细化杆梁混合模型研究获得舞动幅值、振动频率同样十分接近,最大误差不超过10%,而传统的固定约束方法的扭转角度最大误差达到60.58%。因此,本文提出的等效刚度方法能准确有效反映出杆塔对导线振动特征的影响,可用于各种动载条件下导线动态响应特征的快速简化研究。     

兆瓦级风电机组传动链动态特性分析

由于风力发电机组安装在柔性支撑塔架上,传动链承受着变风向、变载等恶劣工况,其故障率一直较高,成为风电发展的瓶颈。研究考虑风机塔筒摆动与传动链扭转振动的耦合效应,利用集中参数法建立基于柔性支撑的兆瓦级风机传动链耦合动力学分析模型,开展兆瓦级风电机组传动链动态特性研究,揭示其动态特征及变化规律,利用坎贝尔图对潜在共振点进行分析,得到切入转速与传动链之间潜在共振频率。基于Simpack有限元法对传动链动态特性进行分析,验证分析方法的正确性。     

考虑SSI效应的特高压输电塔风致响应试验

为了研究风荷载作用下输电塔-基础-地基耦合效应(SSI效应)对输电塔风致响应的影响,以一座特高压输电塔-基础-地基体系为例,按照离散刚度法设计其气弹模型,采用一个刚性质量块来模拟基础,U型弹簧和阻尼器来模拟地基,对气弹模型进行风洞试验,并研究地基阻尼和刚度对输电塔结构风致响应的影响规律。研究表明:1)考虑SSI效应后,模型的振动衰减要慢于刚性地基模型;同时,随着地基刚度的减小,模型的综合刚度减少且自振周期增大;2)地基刚度的减小会使上部结构位移和加速度响应逐渐增大,对塔脚反力基本没有影响;随着地基阻尼的增大,塔身加速度逐渐减小,但位移和塔脚反力几乎保持不变。因此,在进行输电塔结构设计时应考虑SSI效应的影响。     

考虑流固耦合的变截面圆柱壳钢塔风振分析

为了明确变截面圆柱壳钢塔的风振响应规律,基于流固耦合理论建立有限元计算模型,采用自回归模型(autoregressive model, AR)法对不同重现期基本风压对应的脉动风速进行了模拟,成功利用数值风洞方法计算了变截面圆柱壳钢塔在脉动风作用下的动力响应,并通过现场风振监测对数值结果的可靠性进行了验证。结果表明：在脉动风作用下,位移响应幅值沿着高度方向逐渐增大,风速越大,结构的位移响应越大,其中50年与100年重现期风速作用下结构响应差别较小,总体上没有超过结构的位移限值。应力沿高度方向逐渐减小,且在变截面位置存在应力突变的现象。风速越大,应力越大,沿着高度方向应力的差别越来越小,其中50年与100年重现期风速作用下超过脱硫塔在工作温度下的材料许用应力值(113 MPa)。因此,对于该类钢塔的抗风性能评估,底部和变截面处以应力控制为主,顶部以位移控制为主。