角度风作用下输电塔塔腿子结构风荷载风洞试验

完成了不同风速下2个典型特高压直流（UHVDC）输电塔角钢及钢管塔腿模型的高频测力天平（HFFB）风洞试验,研究了塔腿在斜风作用下气动力系数、角度风系数以及风荷载分配系数的分布规律,并与各国规范计算值进行了对比分析。分别构造了角度风系数以及考虑横向升力影响的夹角α的非线性函数形式,并通过试验值拟合分析确定了相关的拟合参数。结果表明：阻力系数、合力系数以及角度风系数均呈M型分布。角钢塔腿气动力系数均大于对应风向角下钢管塔腿的气动力系数,而两者角度风系数总体比较接近。各国规范计算值整体上低估了塔腿的角度风系数。角钢塔腿中风荷载分配系数的计算应利用考虑横向升力的夹角α对角度风系数进行三角变换。提出的拟合公式可为工程设计提供参考。     

基于高频天平测力试验的输电塔风荷载空间分布估计

风荷载是输电塔的主要控制荷载,准确地了解风荷载在输电塔上的空间分布,对输电塔的抗风研究具有重要的工程意义。高频动态天平测力试验具有模型制作简单、试验方便等优点,被广泛用于高耸结构抗风研究中。本文利用高频动态测力天平基本原理,在脉动风荷载准定常假设的基础上,估计出输电塔脉动风荷载的空间分布。通过对建设中的ZVK塔的试验研究,验证本方法的有效性。计算结果表明,该方法能较好反应风荷载空间分布特性,是对高频天平测力实验局限性的一种可靠方便的扩展。     

施扰建筑高度对主建筑层升力影响的试验研究

利用刚性模型测压试验,研究了施扰建筑相对高度变化对主建筑层升力系数和层脉动升力功率谱的影响规律.试验包含了3个并列位置、5个串列位置和3个斜列位置.结果表明:建筑物并列时,高度比越大则层平均升力系数大,层脉动升力功率谱受影响的范围大;建筑物串列时,高度比对层平均升力系数的影响很小,对层脉动升力系数的大小及沿高分布形式有显著影响,施扰建筑高度超过受扰建筑时层脉动升力功率谱受到的影响很大,尤其是顶部区域;斜列工况时,并列间距比对影响规律起主导作用.     

强风作用下大型双曲冷却塔风致振动参数分析

基于作者已提出的大型冷却塔风振计算方法(一致耦合法),结合风洞测压试验获得的表面气动力模式,分析了结构本身因素和外界干扰对强风作用下冷却塔结构风致振动的影响,对不同动力特性及阻尼比的冷却塔模型进行了风振响应背景、共振、耦合项及风振系数的精细化数值计算,对比并初步探索了周边干扰下大型冷却塔的风振机理.发现了特征尺寸、阻尼比和周边干扰对冷却塔风振响应的影响规律,为进一步理解冷却塔结构风致振动现象,避免不利共振的产生及采取相应的控制措施提供了有益的结果.     

顶部透空构件的模拟及对高层建筑风荷载的影响

对于高层建筑而言,受风洞自身尺寸的约束,试验模型通常采用较小的几何缩尺比。对于顶部百叶窗,尺寸小且布设面积大,以较小的几何缩尺比无法实现完全真实模拟。寻求一种既可以满足科学研究及工程建设精度要求,又简便易行的模拟方法,成为了当前该类建筑风洞试验模拟的改进方向。对一实际变截面超高层建筑,分别以不同的几何缩尺比和顶部透空率,进行了局部及整体模型风洞试验。基于不同透空率的顶部透空构件天平实验所得平均压力系数表明,透空率的差异可以改变建筑表面的风荷载分布情况且通过透空率相似的小几何缩尺比来代替大比例模型进行风洞试验是可行的。基于顶部透空率不同的整体天平试验的风振响应计算同样显示,顶部透空构件透空率的差异可以较明显的改变建筑物的风致振动响应。对选定透空率的顶部透空构件的天平试验与下部主体结构的测压试验进行整合风振计算,结果表明该计算结果与对应顶部透空率下的常规整体天平试验风振计算响应基本一致,从而说明通过下部主体结构刚性模型测压试验及顶部透空构件高频天平试验来实现高层建筑整体综合风洞试验的模拟方法是可行的。     

基于气弹试验大型冷却塔结构风致干扰特性分析

以国内某电站超大型冷却塔为对象,设计加工1∶200缩尺比等效梁格气弹模型,在同济大学TJ-3风洞中,进行了冷却塔单塔测振风洞试验,在模型频率、振型、气动力参数模拟和试验易操作性方面均取得良好的较果,较好地避免了传统连续介质模型设计方法的不足;然后通过群塔风洞试验结果深入地探讨了子午向高度和环向角度变化对于所有测点位移脉动总能量、共振分量和风振系数的影响,最后总结性地获取了这类结构的风致干扰效应的基本特征.     

两矩形高层建筑的风致干扰效应

基于高频测力天平风洞试验,分析了实际工程中矩形高层建筑风致干扰产生的原因.在此基础上,研究了两矩形高层建筑不同空间位置下的气动干扰效应.结果显示:矩形高层建筑风荷载的干扰放大效应主要是其侧后方正交布置的另一矩形高层建筑导致,且这一矩形建筑处于受扰建筑下游时产生的干扰效应明显高于处于上游的情形.沿受扰建筑的侧方和后方增大两矩形高层的间距比,风荷载干扰效应整体呈递减的趋势,加速度干扰效应呈先增大后减小的趋势.施扰建筑在受扰建筑侧方移动时的干扰范围和强度均要高于在受扰建筑后方移动时的情形.受扰建筑顺风向体型系数的最大干扰因子可达1.41.干扰效应也会显著增大受扰建筑横风向的体型系数,以单体状态顺风向体型系数归一化的干扰因子为1.08.进一步考虑动力放大作用后,受扰建筑顺风向和横风向基底弯矩的干扰因子可分别达到1.49和2.28,加速度的干扰因子最大可达1.23.     

考虑山顶地形三维效应某电视塔测力风洞试验

以位于南京秀山顶部某电视塔为例,为精确考虑三维地形效应对电视塔风荷载设计取值的影响,首先对电视塔周边800 m内的山顶地形进行风洞试验,获取电视塔结构参考高度处的风速修正系数;然后利用高频动态天平测力(HFFB)技术进行不同风向角下电视塔刚体模型测力试验。基于试验结果,提炼出不同风向角下电视塔结构基底等效内力和顶部峰值加速度响应的分布规律,并分析典型最不利风向角下电视塔结构层等效静力风荷载(ESWLs)分布特性。研究结果表明:山顶地形三维效应对于此类电视塔结构风力分布的影响显著。本文试验和相关结论可为此类山顶地形电视塔结构抗风设计提供参考。     

高层建筑干扰气动阻尼的试验研究

在风洞中采用气动弹性模型技术和高频动态天平技术研究了两个高层建筑间的风致动力干扰效应 .根据气弹模型试验数据 ,采用随机减量法 (RDT)及特征系统实现算法 (ERA) ,首次研究了在受扰情况下高层建筑气动阻尼的变化 .在某些工况下 ,受扰建筑的气动阻尼为负值 (且绝对值较大 ) ,使结构总阻尼很低 ,导致了受扰建筑高的动力响应及高的动力干扰因子值 .根据受扰建筑的新的阻尼值 ,重新对高频动态天平试验的数据进行了计算 ,所得动力干扰因子与气弹模型试验结果趋于一致     

风屏障对流线型箱梁涡振性能影响机理试验研究

为研究风屏障透风率对主梁涡振性能的影响,依托某主跨808 m大跨度钢箱梁悬索桥,通过风洞测振、测压试验得到模型风致振动响应和表面各测点压力时程数据.测试原桥断面在加设风屏障后±5°攻角范围内的涡振性能,对比分析原桥断面和3种不同透风率风屏障以及安装水平分流板5种工况下主梁涡振响应和桥面各测点脉动压力系数均值、根方差;同时分析局部气动力与总体气动力的相关性和贡献作用.研究结果表明,原断面在+5°攻角下发生了多区间竖弯涡激振动,且涡振振幅远超规范允许值.安装不同透风率的风屏障后对主梁的涡激共振产生了有利的影响,消除了主梁原断面在低风速区间的涡振,最大振幅也有一定的减小.根据测得的压力数据分析,带风屏障主梁上表面中后部压力脉动减弱及局部气动力与总体气动力贡献系数减小使得主梁振幅有了小幅减小;在主梁风嘴处添加水平分流板后,局部气动力与总体气动力的相关性被完全破坏,压力脉动减弱,从而有效地抑制了主梁在该情况下的涡振.