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.     

张拉膜结构风振响应的数值风洞模拟

膜结构作为一种风敏感结构,其风致振动需考虑流固耦合效应.建立膜结构风振响应的数值模拟平台,该平台调用已有的结构计算模块ANSYS以及流场求解模块CFX,并开发了大位移边界下的动态网格更新以及流固耦合边界的自匹配功能,从而实现了膜结构风振响应的数值模拟计算.利用该平台对工程应用较为广泛的典型张拉膜结构进行了初步风致振动响应研究.数值模拟结果显示:张拉膜结构的风振是由结构多个模态的耦合叠加所组成,其风振响应体现了结构较强的几何非线性特征;来流的风速大小、风向角以及张拉膜的预张力、矢跨比等因素都会对结构的风振响应产生一定的影响.     

偏心超高层建筑的风振研究

基于结构随机振动理论,考虑了结构振型耦合以及风力相关性的影响,推导了偏心超高层建筑弯扭耦合风振计算公式.利用风洞试验获得的脉动风力数据计算了矩形截面偏心结构的风振响应,从舒适性角度研究偏心位置和截面厚宽比对结构风致振动加速度的影响.研究结果表明,当建筑短边迎风且刚心和质心在顺风向偏离时,风振响应显著增大.     

随机干扰作用下冷却塔结构动态响应的数值分析

双曲型冷却塔为钢筋混凝土薄壳结构,其特点是体积庞大且自重轻,在结构设计中,必须系统分析冷却塔在风荷载和地震荷载作用下的结构复杂响应,以评价其易损性和安全性.针对某高度180 m的大型双曲冷却塔,首先建立塔筒—支柱—环基—刚性地基耦合模型,采用混凝土损伤塑性模型,计算冷却塔前50阶模态参数;其次基于结构随机振动理论和方法,采用线性滤波器的AR法拟合脉动风压时程曲线,用ABAQUS软件分析冷却塔的脉动风致响应;选取San Fernando波作为输入荷载分析冷却塔地震响应;最后考虑脉动风和地震波共同作用,分析冷却塔的复杂耦合动力响应.结果表明,基于随机干扰模型的冷却塔结构复杂响应的数值模拟能有效评价其风振响应和地震响应.     

多TMD控制下超高层建筑风振响应的快速算法及其应用

基于谐波激励法,提出一种适合大型复杂结构多调谐质量阻尼器(MTMD)风振控制的快速算法,该算法可根据刚性模型风洞试验获取的风荷载时程数据计算结构在MTMD作用下的风致响应.以高度为439 m的深圳京基金融中心(KFT)的风振控制为例,计算了单调谐质量阻尼器(STMD)作用下的结构风致响应,分析了STMD固有频率、阻尼比及质量等参数对结构风致响应的影响,进而对不同形式MTMD的结果进行对比分析.研究表明:采用快速算法进行风振控制计算是正确有效的;安装在顶层的STMD可有效控制KFT的风振响应;在TMD总质量相同的条件下,采用MTMD较STMD对结构的控制效果有所减弱,但MTMD方式仍可使结构顶部的峰值加速度响应降低约30%.     

上海铁路南站屋盖结构风致抖振响应参数分析

为了研究结构参数对复杂大跨空间结构风致振动的影响，以上海南站工程屋盖结构为例，利用基于非定常风荷载的风致动力响应频域分析方法，对结构的抖振响应进行参数分析．参数分析的内容包括参振模态的数目、力谱交叉项、模态交叉项、结构阻尼比，并得到了一些有价值的结论．研究表明，选择足够数量的参振模态对保证计算精度非常重要，力谱交叉项、模态交叉项的不同处理方法对计算结果有较大影响，并且结构共振响应对结构阻尼很敏感．     

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．     

空间网壳结构风振抑制的动态矩阵预测控制分析

将传统预测控制方法进行改进并应用于空间网壳结构风致振动控制,采用动态矩阵预测控制理论来定义衰减函数参考轨迹,以适应空间网壳结构的风振控制特点,建立了空间网壳结构风振预测控制系统模型,采用多种结构响应反馈机制,选用典型网壳模型进行风荷载作用下的预测控制计算和控制效果分析.通过改变空间结构模型参数,探计了空间网壳结构风振的动态矩阵预测控制的鲁棒性.     

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)。     

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.     

大跨越输电塔线体系风振控制风洞试验

以建设中的500 kV江阴大跨越输电塔为工程背景,通过气弹模型风洞试验,对大跨越输电塔线体系风振控制进行了研究。设计了悬挂水箱质量摆、阻尼棒质量摆及二者组合控制等3种控制方案,进行了塔线体系有无控制装置的动力特性测试和紊流场多种风速下风振响应试验。通过模型的阻尼比和风振响应方差分析,验证了振动控制的有效性,为实际工程风振控制设计提供了依据。     

不同气动措施对特大型冷却塔风致响应及稳定性能影响分析

为研究不同气动措施对特大型冷却塔结构风致强度及稳定性能的影响,以内陆某核电特大型冷却塔为例,对无气动措施和增设3种气动措施冷却塔进行刚体测压风洞试验.基于试验结果对比分析了不同气动措施下冷却塔表面平均和脉动风压特性,然后采用有限元方法进行不同气动措施下特大型冷却塔的动力特性、风致响应、局部和整体稳定性能研究,最终提炼出不同气动措施对特大型冷却塔结构抗风性能的影响规律.     

基于风致振动效应的压电能量收集器技术

在新型环境能量收集技术领域,风能和压电能量收集已成为一个研究热点,通过利用风能转化为振动能量,即风致振动效应是一个新的研究方向.为给风致振动效应的压电能量收集器的研究和应用提供参考,综合分析中外基于风致振动效应的压电能量收集器的研究现状和发展趋势.结果表明,风能到振动能量的转化过程主要以颤振、驰振和共振腔型的风致振动能量为主,振动能量到电能的转化过程以压电效应为主,磁电和摩擦发电为辅,对于要求高功率密度和高发电能量的场所,以共振腔型风致振动能量收集为主要的发展趋向.     

基于完全气动弹性模型的冷却塔干扰效应风洞试验研究

针对某核电站两相邻200 m高超大型冷却塔,基于完全气动弹性模型通过风洞试验对其风致干扰效应进行研究.研究表明:干扰效应使共振响应显著增大,但仍以背景响应为主;双塔串列时,尽管由于上游塔的“遮挡”效应使得下游塔最大平均响应减小,但最大均方差由于干扰效应略有增大,响应极大值基本与单塔一致;斜列时,当上游塔尾流作用在下游冷却塔时,响应放大系数最大;基于整塔响应极大值定义的干扰因子可保证将单塔风荷载放大干扰因子倍后得到的最大响应与群塔的最大响应相等,由此考虑风向频率后得到的推荐干扰因子与规范值基本一致.     

带TLD控制结构随机风振响应分析的复模态法

对带TLD的高层建筑风振响应问题进行了系统研究.建立运动方程,用第一振型将主体结构展开,针对非经典阻尼和非对称结构以及脉动风谱为非有理分式风谱的情况,运用复模态理论将所得方程进行解耦,获得了以第一振型表示的结构随机风振响应的解析解.该方法可用于带TLD结构的风振与抗风可靠度分析以及基于可靠度约束的抗风优化设计.     

风力机启停机过程中的振动特征分析

风力机运行中由于受到环境荷载和叶轮转动的激励作用,塔架产生振动,影响风力机寿命.为了分析风力机在启停机过程中的振动规律和动态特性,对1.5 MW风力机塔顶的振动进行了长期监测,并采用基于数据驱动的随机子空间法识别了结构一阶自振频率和阻尼比.对监测结果进行统计分析,发现该风力机在并网转速附近运行的时段较多,当风力机启动经过并网转速时,有明显的共振现象,而风力机停机经过并网转速时,共振现象则不明显.模态识别的结果表明,一阶自振频率随运行工况不同而微幅变化,风力机启动经过并网转速时的阻尼比较小,风力机停机经过并网转速时的阻尼比相对较大.此外,基于Sommerfeld效应对风力机启停机过程中的不同振动现象进行了解释.本文成果对于掌握同类型风力机的振动特性和动力参数优化具有借鉴意义.     

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%.     

大跨屋盖结构风效应的风洞试验与原型实测研究

以广州国际会展中心为工程案例,进行了刚性模型风洞试验和有限元模态分析,在此基础上计算了屋盖的风致位移响应,结果表明,对于屋盖风振响应影响最大的因素是结构的基阶振型,其次才是风荷载;随着阻尼比的增加,位移响应谱的共振峰得到了有效平抑,峰值位移响应也随之减小.基于现场实测,提出功率谱点积识别大跨屋盖结构竖向整体振动固有频率的方法,并与有限元计算结果进行了对比分析,实测得到的前4阶固有频率与振型均能与有限元模型较好吻合,其中基阶固有频率的相对误差仅为0.3%,证明了该方法的有效性.     

超高层建筑结构风致振动的动力参数敏感性研究

以广州珠江城为例,分析了超高层建筑结构风致振动对于阻尼比和峰值因子取值的敏感性.结果表明:一方面,结构的顶部加速度响应及基底倾覆弯矩响应均随阻尼比的增长呈负指数衰减规律,极端情况下,阻尼比取0.01的加速度响应计算结果比阻尼比取0.04的工况大100%以上;另一方面,由横风向涡激振动引起的基底倾覆弯矩响应对阻尼比的敏感...     

基于Ritz-POD法的格构式塔架结构风致振动分析

根据自立式塔架结构脉动风荷载的空间分布形式,实现了本征特征分解(proper orthogonal decomposition,POD)和基于荷载-里兹模态分析相结合的Ritz-POD算法求解Ritz振型,并结合谐波激励法(harmonic excitation method,HEM)和荷载-响应相关法(load response correlation method,LRC)实现了塔架结构风振响应和等效静力风荷载(equivalent static wind load,ESWL)的高效分析。计算结果表明:采用40阶基于荷载-里兹振型和100阶传统自由振动振型计算的节点风振响应和等效静力风荷载结果及变化规律一致且二者吻合度高,说明较少阶Ritz振型的计算精度是能够保障的。并且较少阶Ritz振型减少了谐波激励法与荷载-响应相关法的运算工作量,提高了风致振动分析的效率。另外,本文利用大型通用有限元软件SAP2000基于MATLAB系统的应用程序接口(API)开发环境,实现了塔架结构风致动力响应和等效静力风荷载的高效分析平台,可为其他大型复杂工程的风致振动分析提供参考。