椭圆形高耸结构风荷载特性试验研究

结合武汉天河国际机场三期扩建空管工程塔台刚性模型同步测压风洞试验结果,对椭圆形高耸结构的风荷载特性进行了研究.讨论了典型风向角下不同测点层的平均风压系数和极值风压系数的分布规律;基于测点层的风荷载合力时程,采用快速傅里叶变换的方法,得到了椭圆形高耸结构在90°风向角(最大迎风面)下的三维层风荷载功率谱,并采用经验公式对其进行拟合,拟合效果较好.采用LRC法计算了平均风荷载、背景和共振等效静力风荷载,并将结果与荷载规范建议的惯性风荷载法对比,发现两种方法得到的等效静力风荷载吻合较好.     

高耸钢筋砼筒体-钢框架塔台结构的地震响应

以首都机场新塔台结构缩尺模拟地震振动台试验模型为研究对象，采用时程分析法分析高耸塔台结构各振型的地震响应，并对这种上下部由不同材料组成的复合结构(下部为钢筋砼筒体。上部为钢框架结构)的非经典振型阻尼比进行了探讨．研究结果表明，该结构地震位移响应可以不考虑高振型的影响，但应考虑高振型对地震响应内力的影响、该结构在地震作用下的运动方程可近似采用实模态强振解耦法．用现行规范方法求解地震响应时应对规范的地震影响系数进行修正，以消除计算误差．研究结果为提出这类复合结构体系抗震计算模型和设计理论提供了依据．     

土-结构相互作用对高层建筑风振舒适度的影响

推导了脉动风荷载作用下考虑土 -结构相互作用时高层建筑结构加速度响应的计算公式 .算例表明土 -结构相互作用对高层建筑风振加速度响应有明显影响 .一般而言 ,在软土地基上土 -结构相互作用使高层建筑风振时加速度增加 ,从而增加了人体的不舒适感 ,甚至有可能影响到高层建筑的使用功能 ,故在设计时应引起重视     

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.     

风雨共同作用下斜拉桥纵桥向反应特性研究

目的研究强/台风雨对斜拉桥结构纵桥向反应特性的影响.方法应用谐波叠加法模拟风荷载时程曲线,以此为基础,提出斜拉桥雨荷载计算方法.利用Midas Civil建立斜拉桥空间有限元模型,对其自振特性进行分析,采用单独风荷载作用及风雨共同作用对全桥纵桥向进行动力响应分析.结果主梁沿顺风向发生"漂浮";考虑雨荷载影响后,主梁竖向位移、竖向加速度、索塔塔顶加速度和梁端加速度的最大增大量分别约为11%、10%、10%和13%.并且随着风级的增加,雨荷载的影响程度呈减小的趋势.结论考虑雨荷载影响后,主梁竖向位移和加速度、主梁梁端水平加速度和索塔塔顶加速度均有不同程度的增加.在桥梁设计时,应该考虑雨荷载对桥梁结构的不利影响.     

熔盐集热塔风致响应研究

为研究熔盐集热塔风荷载作用下的结构响应，基于计算流体动力学(Computational fluid dynamics, CFD)技术建立了熔盐集热塔结构数值风洞，开展了单向和双向流固耦合分析。通过风场计算域尺寸、湍流模型及初始风速条件的合理设置，获得了风场速度、风场压力和集热塔响应分布规律。集热塔在风荷载作用下以第一振型为主。集热塔位移、速度和加速度前期变化幅度较大，后期呈现稳定衰减趋势。顺风向基底剪力是结构总剪力的主导部分。分析结果可以为集热塔的设计和相关研究提供依据。     

高层建筑带支撑钢框架抗风结构中支撑刚度设计的若干问题

通过杆系──层间模型,分析了高层建筑带支撑钢框架结构的二阶随机风振响应问题。用等效线性化方法,分折了二阶效应的结构振动方程,获得随机风荷载作用下结构的层间位移,速度和加速度的统计量。并结合工程算例讨论了支撑刚度对结构风振响应及抗风可靠度的影响,进而探讨支撑刚度的优化设计问题。     

薄膜结构与风的流固耦合作用

作用在薄膜结构上的风荷载,除与气流本身的特性有关外,还与结构在风荷载作用下的位移、速度、加速度等有关.薄膜结构与风环境之间存在着较强的流固耦合作用,并且这种耦合作用往往对薄膜结构的振动起控制作用.将两者的耦合作用分为静力耦合作用和动力耦合作用,并主要针对静力耦合作用所涉及的几个因素运用解析公式的说明方法进行了初步分析总结,为进一步的风致动力响应研究和风洞试验研究奠定了理论基础.     

大跨桥梁侧向抖振加速度和抖振惯性荷载

在自然风的作用下桥梁主梁所受到的风荷载一般可分为平均风荷载、背景脉动荷载和抖振惯性荷载三部分来描述,其中抖振惯性荷载可由桥梁抖振加速度得到,根据Scanlan的颤抖振理论并引入气动导纳的影响,导出了大跨桥梁侧向抖振加速度的简化计算公式,并给出抖振惯性荷载的计算公式,抖振加速度和抖振惯性荷载进行参数分析,最后给出了数值算例,分析结果表明：给出的简化计算公式具有较好的精度,可适用于设计初步阶段对桥梁的抖振加速度和风荷载的估算。     

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.     

流固耦合对脱硫塔结构简化模型的动力反应分析

为研究流固耦合对脱硫塔结构简化模型动力反应的影响,采用有限元程序(Adina)模拟脱硫塔结构简化模型在地震作用下的流固耦合效应.首先对脱硫塔结构进行合理简化,在不同液位下进行了脱硫塔结构的模态分析,研究了塔内液位高度对脱硫塔结构的频率和振型的影响;其次,通过对脱硫塔结构进行地震波加载,研究了塔内液位高度、地震波输入角度和加速度峰值对脱硫塔结构的位移和加速度的影响,并与试验结果进行比较.结果表明,脱硫塔结构的频率会随着液位增高而减小,塔内液位高度、地震波加载方向及加速度峰值对脱硫塔结构加速度的影响比较大,而对其位移影响不大.     

基于SMA阻尼器的输电塔风振控制

 根据SMA 阻尼器的工作原理和输电塔的振动特性,提出应用SMA 阻尼器对输电塔风致振动进行控制。应用有限元软件建立输电塔和阻尼器的有限元模型,基于Matlab 软件,采用线性自回归滤波器法模拟随机脉动风荷载的时程样本;应用能量法计算所需阻尼器数量,根据阻尼器的工作原理和输电塔结构特点设计不同的阻尼器布置方案;对不同方案进行结构风致振动瞬态响应仿真,提取各方案控制点位移和加速度时间历程进行比较分析。模拟了多种风荷载,进一步对各方案的控制效果进行了对比分析。结果表明:SMA 阻尼器对输电塔风振控制效果较好;将阻尼器布置在塔头上,可有效控制塔顶位移,减振率在28%以上;在塔身上布置阻尼器,可有效控制塔顶加速度,减振率在66%以上。通过综合比较,选出了阻尼器的最佳布置方案。     

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。     

特高压输电塔气弹模型风洞试验研究

为进一步了解特高压输电塔风振响应的特点,以正在建设的淮南-上海1000kV特高压线路中的一基双回路直线塔为原型,采用离散刚度法制作了输电塔气弹模型,进行了输电塔在紊流场中不同风速、不同风攻角下的气弹模型风洞试验.试验结果表明:输电塔模型的响应随风速的增大而增大;位移响应受风攻角的影响比较明显,在15°风时位移响应最大;各试验工况下,输电塔模型横风向的振动比较显著,X向和Y向的加速度响应处于同一量级且数值比较接近;Y向的加速度响应在0°风时最大,X向的加速度响应在90°风时最大,但任何工况下,输电塔X向的加速度响应均大于Y向的加速度响应.     

大跨度斜拉桥的抗震概念设计

基于斜拉桥的基本动态性能的分析 ,结合地震位移反应谱和加速度反应谱 ,并利用飘浮体系简化分析模型 ,从结构体系的设计中 ,提出了斜拉桥的抗震概念设计方法 .考虑通过改善桥塔结构形式 ,有效地控制桥塔和桥墩承担的地震力和上部结构的地震位移 .并通过对某桥梁工程进行抗震分析 ,提出了立体桥塔的抗震设计方案 ,并验证了改进方案可以在很大程度上提高超大跨度斜拉桥的抗震性能     

晃荡载荷作用下液化天然气船泵塔结构疲劳寿命分析方法

针对液化天然气船运动而产生舱内晃荡载荷,研究了泵塔结构的疲劳分析方法和规律性. 船体耐波性能采用动态载荷方法求得,并按ABS规范选取对晃荡载荷最不利的船舶运动参数;应用二维晃荡程序计算流体晃荡所产生的速度与加速度,并基于Morison公式计算晃荡载荷;采用线性累计损伤理论的S N曲线法对泵塔管节点的疲劳寿命进行分析,获得了疲劳损伤随装载率的变化规律.     

长周期随机地震作用下超大跨斜拉桥的行波效应分析

从各个国家和地区的地震记录库中寻找出一些具有良好记录质量和基本场地资料的强震记录,并从中挑选出较为典型的长周期地震波,对比分析了不同场地条件下长周期地震波和普通地震波的平均加速度反应谱及其规范形式的分段拟合曲线.选取软土场地拟合反应谱作为目标反应谱,用迭代方法求取与目标反应谱相对应的功率谱密度函数,分析了基于长周期地震动加速度功率谱密度的特点.在此基础上,以某超大跨斜拉桥结构为背景,利用ANSYS软件建立三维有限元分析模型,分别以文中拟合的长周期地震动功率谱密度和普通地震动功率谱密度作为输入,采用直接求取位移的改进虚拟激励法,对超大跨斜拉桥结构进行了不同视波速下的行波效应分析.结果表明:长周期地震动功率谱密度的卓越频率明显低于普通地震动功率谱密度的卓越频率.长周期地震动功率谱作用下的桥梁左桥塔顶、右桥塔顶和桥面板跨中节点的位移响应功率谱值均明显大于普通地震动功率谱作用下的结果,桥梁塔顶位移响应功率谱均呈双峰分布.在本文算例中,考虑行波效应使超大跨斜拉桥结构的位移响应和弯矩响应结果有所减小.     

单桩基础海上风机受船撞击损伤和动力响应分析

随着海上风机在服役期内被船舶撞击风险提高,运用LS-DYNA软件进行了5 000t船舶以2m·s-1速度撞击单桩基础海上风机的数值仿真.提出面积受损率描述海上风机单桩基础的受损程度,分析了风机塔架易损位置的位移、加速度响应及剪力.结果显示:船舶正撞风机以塑性碰撞为主;面积受损率能合理反映单桩基础在不同质量、速度、碰撞角度船舶撞击下的受损程度,其与船舶动能具有一一对应关系;风机塔架位移响应随塔架高度增加而增强,加速度响应却减弱;塔架顶部剪力最大值同底部一样均很大,所以加强塔架顶部连接同加强底部连接一样重要.     

336m高钢结构电视塔模态参数实测与分析

大型多功能钢结构电视塔的模态参数无论对结构抗风还是抗震都具有重要的意义，但是在实际复杂工程中对结构模态参数的影响因素较多，理论计算有时难以与实际工程完全一致，为此，详细介绍了黑龙江336m高钢结构电视实测试验所用的仪设备，人工激振方法，信号采集及结构模态分析等方法，为结构分析提供了较好的试验依据。