超高层建筑结构横风向风荷载研究

对于超高层建筑结构，我国荷载规范只给出了顺风向的抗风设计方法，对于横风向风荷载则并没有给出规定。而在实际工程中的超高层建筑，有时横风向风荷载远大于顺风项，为控制荷载，因此目前我国荷载规范在超结构的横风向抗风设计部分的规定是不完善的，需要补充该部分内容，本文则通过几个典型工程实例来说明该问题。     

大跨距仓棚结构表面风压分布特性试验研究

结合某一跨度82m、高度30.8m的实际仓棚工程,通过风洞试验研究了不同风向角、端部敞开或封闭的结构形式以及是否考虑周边建筑及地形等情况下仓棚表面的风荷载分布规律.研究结果表明:斜风作用下仓棚抗风更为不利,端部的敞开或封闭对仓棚结构的风荷载分布有较大影响,端部局部区域存在较为明显的风压增强现象,周边建筑及地形的存在使得仓棚表面风压的分布更为复杂.结合仓棚表面风压分布特点以及结构抗风验算的不利状态,将仓棚表面划分为5个特征区域,并给出了可用于工程抗风设计的分块体型系数建议取值.     

降低超高层建筑横风向响应的气动措施研究进展

随着科学技术的进步,现代超高层建筑向高柔方向发展,其横风向荷载和响应问题越来越显著,成为结构设计中必须重点关注的问题.降低超高层建筑横风向荷载和响应的措施主要有空气动力学措施(简称气动措施)、结构措施以及外设阻尼器措施三种,其中气动措施的机制是通过设计合适的建筑外型(或适当的局部修正)使其满足抗风要求.对超高层建筑抗风气动措施的研究成果进行了总结,这些措施主要有:选择气动性能好的基本截面形状,横截面角部处理、横截面沿高度变化、立面开洞等.同时,还指出目前研究和工程应用中需要注意的问题,以及对今后研究提出建议.     

杭州黄龙体育中心网球馆可开启屋盖的风洞试验

杭州黄龙体育中心网球馆屋盖属于可开启结构,部分屋盖可沿平行轨道滑动,结合该主体结构的抗风设计要求制作1∶100的刚性模型,进行了结构表面平均风压和脉动风压分布的风洞试验.分析了在不同风向角时关闭和开启屋盖状况下的风压分布.为了便于结构设计,根据实际情况对屋面进行分区并给出相应的分区风压数据,并依据各风向角下的风压分布特征,得出整体结构的抗风设计依据值.     

大跨网架屋面建筑结构的风致振动

依托某工程实例,通过风洞试验测得结构的风压系数时程,利用ANSYS参数化设计语言编制了能够精确求解大跨柔性网架屋面的风振系数及等效静风荷载的程序,将风压系数时程转化为相应的面荷载向量并加载至有限元模型,研究了大跨柔性网架屋面结构的风致振动.结果表明,60°、180°和270°为大跨网架面面结构的最不利风向角,应注意这几个风向角的抗风设计.大跨网架屋面的四周屋檐和两条相互垂直的中线,都是风致振动较大的位置,应采取抗风加固措施.     

风速风向季节三维联合分布的平均风统计分析

由于目前结构设计中对季风的考虑欠缺,本文提出风速风向季节的三维联合分布的平均风统计分析方法.通过借鉴风电领域里成熟的平均风模型,基于最小二乘法原理并应用谐波函数拟合方法,对上海地区的平均风按季节划分进行了统计分析,解释了考虑风速风向季节三维联合分布的必要性,进一步完善结构抗风设计中对风荷载的计算.     

大型三面广告牌结构风荷载特性的风洞试验

针对三面广告牌这类特殊开敞的板式高耸结构,通过刚性模型的多点同步测压试验,考察了各风向作用下面板表面净风压分布的统计特征和正负风压极值的包络分布;针对面板支撑结构的抗风设计,给出了典型不利风向角下各面板的体形系数及其简化取值;并给出了面板结构的整体风力系数随风向角的变化规律。研究从面板连接、面板支撑体系、支撑立柱这三个层面,为三面广告牌风荷载取值提供了可靠的试验数据和计算依据。     

架空碟形空间结构风场数值模拟和抗风优化

基于计算流体动力学方法,利用FLUENT软件对架空碟形空间结构的风场绕流特性和表面风压分布进行数值模拟,获得不同风向角下结构风压分布,分析了支撑柱高度、上碟面和下碟面矢跨比对风载体型系数分布和结构风致整体合力的影响.结果表明,支撑柱高度的选择既要有利于空气泄流,又要防止因高度过高引起风致整体合力的增大.研究发现,随着上下碟面矢跨比增加,迎风面正风压显著增大,背风面涡旋作用更加明显,结构风致整体合力呈增大趋势,碟面扁平化可明显改善结构抗风特性.给出的架空碟形空间结构抗风优化建议,可为该类结构抗风设计提供参考.     

植保无人飞机的抗风能力测试系统的研发

针对抗风能力是衡量植保无人飞机飞行稳定性、安全性和喷洒作业质量的重要指标,研发了基于变频控制技术的植保无人飞机抗风能力测试系统.该抗风能力测试系统包括轴流风机总成、液压升降平台、变频控制装置和气流场监测装置等4个部分.气流场监测采用网格化测量方法,使用风速传感器测量各节点的风速,采集了不同频率和不同离地高度下风机制造的各节点风速和风向.试验结果表明:在自然风速低于3 m·s~(-1)的情况下,该抗风能力测试系统能生成长约5 m、直径约3 m、风速带离地高度为3～7 m的可调横向侧风圆柱形气流场,且风向一致,可满足植保无人飞机抗风能力测试试验的需要.     

门座起重机整机气动弹性模型的风洞试验研究

首次对港口10t 门座起重机整机气动弹性模型在均匀流风场及边界层模拟风场中进行了风洞试验,研究了在港口常见风速范围内,8个主要典型风向下3个有代表性的四连杆系统俯仰角时门庄起重机的激励特性、振动特性和危险工况.试验发现,拉杆在顺风向也有较强的涡激振动现象.根据试验结果,文中还建议了门座起重机抗风设计的两条主要原则.     

轻钢屋面自攻钉节点在台风作用下时变可靠度研究

为建立台风作用下自攻钉节点灾后性能评估办法,首先基于风洞试验的屋面时程风压系数数据,结合模拟台风的风速和风向信息,利用雨流分析法计算台风过境期间的屋面风压系数矩阵,进而用于不同风速下的节点抗力退化模型计算.其次,结合台风荷载模型,采用蒙特卡罗模拟方法,获得沿海城市自攻钉节点的时变可靠度指标,从而实现基于概率的自攻钉节点抗风性能评估.此外,根据模拟台风方法给出模拟台风的风速及风向的解析解,同时得到了台风致自攻钉节点抗力退化数学模型.通过算例分析得出考虑自攻钉节点的台风致抗力退化会使其可靠度显著下降.在对轻钢屋面自攻钉节点进行可靠度评估时,按照我国规范中的目标可靠指标较为保守.     

风力发电高塔系统抗风动力可靠度分析

介绍一种基于广义概率密度演化理论的动力可靠度分析方法.结合随机脉动风场物理模型和"桨叶-机舱-塔体-基础"一体化有限元模型,分别分析1.25 MW风力发电钢塔和钢筋混凝土风力发电高塔的抗风动力可靠度.研究表明,广义概率密度演化方法可以有效地分析风力发电高塔系统抗风动力可靠度.相比风力发电钢塔,钢筋混凝土风力发电高塔具有更高的可靠度.     

基于最大熵理论的润扬悬索桥桥址极值风速预测

基于最大熵可靠度理论,提出了润扬大桥悬索桥的桥址极值风速预测方法,从而为润扬大桥悬索桥的风效应可靠度评估提供实际的荷载概率模型.根据桥址实测短期风速风向数据,计算了反映桥址气候特征的日最大风速风向频度函数,并计算了统计的桥址风速风向联合概率密度函数曲面.在此基础上采用最大熵法建立了桥址的风速风向联合概率模型,并对润扬大桥悬索桥50年和100年重现期内的极值风速进行了预测.分析结果表明,采用联合概率模型能够较好地描述润扬大桥悬索桥桥址的良态气候风场模式,并且桥址预测的极值风速小于设计风速,说明润扬悬索桥抗风设计时考虑了较大的安全度.     

并网双馈风力发电机组整机建模与仿真

为了充分地研究风速波动、风向变化和电网扰动等外部激励对于并网双馈异步风力发电机组影响,利用Simpack与Matlab/Simulink软件为仿真平台,搭建了某MW级风力发电机组联合仿真模型,并结合风电机组在实际运行中的控制策略,对各外部激励与机械系统之间的相互作用关系进行了深入的研究。通过在湍流风条件下的时域计算结果,分析了齿轮副动态啮合力,并求解了在不同外部激励作用下,塔筒产生的振动响应。研究结果为风力机可靠性设计和动态性能优化奠定了基础。     

大跨双坡屋盖结构等效静风荷载研究与参数分析

等效静风荷载是描述大跨空间结构动力风荷载的有效方式。运用Ansys软件进行结构风致响应时程分析,进而研究大跨双坡屋盖结构等效静风荷载。针对风向角、屋面坡度、结构高度和跨度等参数,系统性开展双坡屋盖结构的等效静风荷载的参数分析,为工程设计提供参考依据。研究表明,在0°风向角下屋盖结构等效静风荷载值最大;随着风向角增大,结构的等效静风荷载减小;随着结构高度和跨度的增加,结构等效静风荷载增大,且其分布发生变化;屋面坡度对于结构等效静风荷载的影响较为复杂,适当增大屋面坡度对结构抗风有利。     

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。     

大跨屋盖结构风致振动的时程分析方法研究

以株洲体育中心大跨屋盖为背景,基于刚性模型测压试验的脉动风荷载时程,以大型通用有限元分析软件ANSYS为平台,采用编程和软件接口,进行了大跨屋盖结构风振响应时程分析计算.研究表明:风洞试验所得的脉动风荷载时程数据,可直接反映出大跨屋盖结构响应的时程,其结果是可行的、有效的,同时精确的时程分析还可以作为其它计算方法的比较依据.     

基于多层次模糊综合评价的剩余油分布研究方法

大庆油田杏六区油藏经过43 a 的注水开发,现已进入高含水开发后期,总体采出程度高,水淹严重,地下油水 关系复杂,亟需对剩余油分布进行精细研究。在对影响剩余油分布的地质因素和开发因素综合分析的基础上,结合杏 六区油藏的动静态资料,筛选出4 个地质因素、5 个开发因素共计9 个动静态因素构成剩余油潜力评价因素集。依据 二次加密后取芯井资料和各小层水洗资料,对各因素进行层次划分和权重统计,运用多层次模糊综合评价法研究剩余 油分布。将最终计算出的S2 7 小层各单井点剩余油概率评价结果绘制成剩余油平面分布概率图,并与数值模拟结果 和现场取芯分析结果对比,单层剩余油识别符合率达到86.7%。该方法能够精确预测剩余油分布,具有较高的实用性 和可靠性,为类似油藏的剩余油分布研究提供了依据。     

高耸结构非Gauss风载响应分析

考虑风载中脉动风速平方项的影响,推导了非Gauss风载的前四阶矩函数;基于Fourier变换由风载谱密度求得结构风振响应的四阶中心矩,通过Gram-Charlier渐进展式来确定结构响应的一维概率密度分布;利用时域分析的相关函数检验了位移和速度响应相互独立性假设的合理性,进而构造出响应的联合概论密度,给出了一种非Gauss风载下分析高耸结构风振响应的方法;对Gauss和非Gauss风载模型下高耸结构风振响应及其动力可靠性受阻尼、地貌类别的影响进行了参数研究.     

考虑风偏角影响的大跨径拱桥横向风荷载试验

依据某大跨径拱桥全桥气弹模型风洞试验,研究了不同风偏角下结构的横向风荷载响应。试验对模型的动力特性和静力刚度进行了测定,并采用紊流场模拟桥址处的风环境,进行了0°～90°风偏角下不同风速的试验。试验验证了该拱桥的气动安全性。数据分析结果表明:当风向为正横桥向时,桥梁结构的风作用处于最不利状态,结构关键位置随风偏角的增大而增大;斜风向下桥梁实际风荷载效应比采用三角函数分解方法叠加得到结构风荷载效应更为不利。