钢桁架-钢筋混凝土管柱结构风致响应试验研究

大跨长悬挑钢-混凝土高柔结构的动力性状决定了其风振系数不能采用我国规范中的方法来计算。制作气弹性模型进行了动力性状、脉动风作用下位移响应、加速度响应、扭转响应、气动力稳定性等问题的相关试验,计算得到了风振系数,分析了风速、风向角、风机、周围建筑物等因素对风振系数的影响,给出了风振系数的建议值。将试验结果与其他方法计算的结果进行了对比分析,结果表明,试验结果偏大,符合风洞试验原理。研究结果为工程设计提供了基础资料,可供同类工程参考。     

高压输电塔线耦联体系风振响应有限元分析与现场实测对比研究

采用ANSYS软件建立了华东电网某500kV高压输电线路结构的三塔两线空间有限元模型,将线路实测的台风"韦帕"风速记录转换为风荷载,进行了该塔线耦联体系的非线性风振响应分析,有限元模型计算结果与现场实测加速度响应吻合较好,说明文中建立的高压输电线路结构的有限元模型是合理的,可以较为准确地分析塔线耦联体系的风振响应。在此基础上,研究了设计风速作用下塔线耦联体系的风振响应,并与规范拟静力响应作了比较。结果表明:在设计风速时,线路中输电塔主要受力构件的内力接近钢材的屈服强度设计值,有引发塔架破坏的可能。按现行输电线路结构设计规程设计的输电塔结构在设计风速作用时是偏于不安全的,输电线路结构设计时需要考虑塔线之间的耦合作用对输电塔动力响应的影响。     

开敞式体育场屋盖结构风荷载特性及风振特性研究

以深圳石岩大树林公园开敞式体育场为例,进行开敞式屋盖结构风荷载特性、结构自振特性、风振响应特性、风振系数研究。首先,通过风洞试验,给出了24个不同方向角结构表面的风荷载分布,挑选较为不利的风向角。其次,进行了结构自振特性研究,分析了结构的刚度薄弱处和振动特点。然后,在对结构表面风荷载分析的基础上,选择6个典型的风向角进行结构的风致动力响应分析。最后,对动力分析结果进行统计分析,提出了可供设计参考的风振系数建议值,为今后工程人员设计开敞式屋盖结构提供参考。     

风振响应风电机组基础-土体结构蠕变稳定分析

风致灾害对陆上风电机组运行已造成重大威胁,从风电机组地基基础结构的力学条件出发,根据风机系统各组件的强度差异性,结合塔筒-基础-地基界面特性和边界条件,建立了基础-土体结构粘性阻尼二自由度系统受迫振动的振动模型、振动方程、上弯下剪振型特征及频率型特征方程式,获得了风机基础-土体的多个固有频率解析式,还得到了基础顶部风致剪力和风致弯矩的解析式。依据风振响应地基土体的加速蠕动变形特征,运用土体的Mohr-Coulomb塑性屈服条件,构建了能反映土体加速蠕变的非线性西原蠕变模型、非线性粘滞系数和粘弹性及粘塑性速率控制方程,提出了风振响应土体加速蠕变破坏的时间,还进一步得到了风振响应土体蠕变的运动方程和基础底部最大附加应力。结合算例验证:考虑风振作用和地基土体蠕变效应风机结构的垂直位移变化率最为显著,且基础-土体结构还呈现出弯剪、压剪、剪切破坏形态,因此必须对风电机组基础-土体结构界面、持力层浅表层土体、基础顶部主风向区域等范围进行及时加固,这为风电机组地基基础加固设计的理论研究和实践提供有益参考。     

板锥网壳结构的风振响应分析

板锥网壳结构是一种受力性能合理,技术经济效益良好的新型空间结构形式。采用谐波法模拟了Daven-port脉动风谱;采用时程分析法对板锥网壳结构进行了风振响应时程分析,并对板锥网壳结构的风振响应特性进行了全面和深入的研究,为板锥网壳结构的抗风设计提供理论上的依据,得出了可应用于工程实践的重要结论。     

兆瓦级风力机结构风振系数取值探讨

国内外关于风力机塔架设计中风振系数的取值一般不考虑叶片与塔架的结构与气动耦合作用。针对大型风力机系统风振多耦合效应和多振型响应特点,建立某兆瓦级风力机塔架-叶片系统有限元模型,采用改进的叶素-动量理论,模拟考虑旋转效应和塔架-叶片相干性的风力机系统脉动风速时程;基于风振精细化频域计算方法,进行风力机系统动力风振反应计算,探讨了叶片旋转效应的影响、风振系数的取值及其参数变化规律。研究结论为兆瓦级风力机风振系数的确定提供了科学依据。     

水平风振对门式刚架轻钢厂房的影响

门式刚架轻型钢结构是单层工业厂房中应用最广泛的一种结构形式,因其用钢量少,结构自重轻,施工速度快,综合效益高,近年来得到迅速发展,同时其安全性和可依赖性在近年自然灾害频发的情况下也备受关注。由于门式刚架轻型钢结构厂房的梁柱截面尺寸小,屋面轻,结构刚度小,自振周期长,对风荷载作用敏感,水平风振的影响显著。本文针对某一工程实例,建立变截面门式刚架轻钢厂房结构的模型,并对其进行了水平风振数值模拟分析,计算结果与按基本风压作用下的内力和变形进行比较。算例结果表明,水平风振对门式刚架轻钢厂房结构的影响较大,在设计中应予以考虑。     

粘滞阻尼减震结构抗震可靠度简化分析

通过设置粘滞阻尼器减小结构的地震反应是一种有效的被动控制方式,为与现行抗震设计水平相适应,减震结构和控制装置的设计也应该以可靠度为基础。本文结合粘滞阻尼减震结构的受力特性建立了此类耗能减震结构动力可靠度分析的实用简化计算方法。首先通过等价线性化方法,给出了层间三线型恢复力模型的等效平均刚度,粘滞阻尼器采用等效线性化的力学模型,建立了安装粘滞阻尼减震结构的等效线性随机分析模型。然后采用随机状态空间方法进行了粘滞阻尼减震结构的地震反应分析,基于层间变形失效准则和首次超越理论分析了粘滞阻尼减震结构的可靠度,并以粘滞流体阻尼器的变形超过其自身极限变形作为阻尼器的失效模式,讨论了粘滞阻尼器可靠度的计算。最后通过一个设置粘滞流体阻尼器的框架结构计算实例,说明了这种方法的运用。该方法可以作为一种实用的方法对振动控制结构在不同破坏状态下的抗震可靠度进行分析,为基于性能的抗震设计和优化提供参考。     

二维相关地震动作用下结构的随机反应

假定两水平方向的地震动为平稳随机过程,基于地震动主轴模型的假设,讨论了二维地震动分量的空间相关性,在单分量平稳模型的基础上给出了二维水平地震动随机模型的相关函数矩阵。该相关函数模型可以为二维地震下结构随机反应分析提供地震动输入。利用状态空间方法和随机振动理论建立了线性多自由度体系在二维地震激励下的随机反应分析方法,导出了结构的位移反应相关函数和速度反应相关函数,可在时域内直接计算结构的二维随机地震反应的统计特征。最后,通过一个二层框架结构计算实例,说明了这种方法的运用,讨论了地震动强度以及地震动主轴方位角对结构反应的影响。该方法可以为结构抗震可靠性评估提供基础。     

基于遗传算法的长周期地震动加速度反应谱的拟合

目前,规范设计反应谱因长周期段幅值偏小,衰减形式单一,并不能很好地反应长周期地震动特性,因此采用合理的设计反应谱模型来反应长周期地震动反应谱有着重要意义。为解决这一问题,本文以1999年台湾集集地震中长周期地震动为例,首先,对其按地面加速度、场地类别和抗震设计分组进行分组,并将其与规范设计反应谱进行对比分析;其次,基于长周期加速度反应谱的特点提出了一种适用于长周期地震动的设计反应谱,并对比了其与常规设计反应谱的优劣。研究表明:本文提出的长周期设计反应谱具有更好的适用性;采用遗传算法对长周期地震动反应谱逐一进行拟合并给出相应的谱参数建议取值,并利用2008年汶川地震渭河盆地收集到的长周期地震动验证了谱参数建议取值的合理性,为规范设计反应谱的修订提供了参考。     

巨型减振结构体系风振效应的参数影响研究

巨型结构风激振动特性非常复杂,其动力性能受多种参数的影响。为合理考虑这些因素的影响,以某48层巨型钢结构为研究对象,针对无控、设置粘滞阻尼器和粘弹性阻尼器三种分析工况,系统研究了其在平均风和脉动风荷载共同作用下的动力响应。通过结构顺风向侧移响应、构件内力响应及顶层加速度响应等一系列数据,揭示了风速攻角、基本风压、附加阻尼比及二阶效应等对此类结构体系风振控制动力性能的影响规律与变化趋势,并依据分析结果对其抗风分析与设计提出了相应的建议,因而具有实用参考价值。     

覆冰输电塔-线体系风致动力响应分析

依据流体诱发振动原理,结合已有覆冰计算模型,考虑降雨的分类,模拟了输电塔-线体系不同高度导线的覆冰和风荷载。以东北地区某输电塔为例,对覆冰输电塔-线体系在稳定风速激励下的动力响应进行分析,并与不考虑塔线耦联的导线舞动分析结果及覆冰塔线拟静力的分析结果进行对比,对塔位移、输电线位移、钢材应力进行了分析。研究结果表明:塔-线耦联体系对覆冰导线风振有很大影响,覆冰输电塔抗风设计安全度需要进一步提高。     

组合网壳屋盖结构风振响应分析及等效静风荷载

结合惠州会议展览中心风洞试验结果,对波浪形组合网壳结构的风荷载和风振响应进行了分析,包括:24个风向角下屋盖荷载分布特性分析;结构整体和局部的自振特性分析;根据风洞试验结果对6个风向角(0°、30°、45°、90°、135°和180°)进行结构的风致动力响应分析.根据风振响应分析结果,基于响应的不同振动特点,提出将屋盖...     

输电线路多塔耦联体系的风致动力响应分析

输电塔结构的安全直接关系到国家电网的运行可靠性,而风荷载则是威胁其安全的主要外因之一。基于此,首先以华东某500 kV输电线路的典型输电塔结构为背景,在有限元程序AN SY S开发环境下,建立了包含三塔两线的塔线耦联体系精细化有限元分析模型;然后,应用经典的基于功率谱密度函数的谱表现方法,结合D avenport谱生成了目标场地的风场;最后,利用该生成风场,进行了上述输电塔耦联体系模型的抗风动力响应分析,进而对比了输电塔的拟静力计算结果与多塔耦联体系的动力响应计算结果。研究结果表明,中国现行输电塔抗风设计方法是偏于不安全的,有待进一步的改进。     

基于能量合成法的塔式结构刚度识别研究

在Rayleigh能量法和Southwell's频率合成法的基础上,将结构的振动基频表示为由各变形元和惯性元组成的子系统频率的合成,其中变形元为结构的弯曲变形和剪切变形,惯性元为结构的分布质量和塔顶附加质量。通过选取满足边界条件的挠度函数,建立了底部固定、顶端带有附加质量的塔式结构基频与刚度的关系,因此可通过测量结构的振动基频识别出塔式结构的抗弯刚度和抗剪刚度。以某钢塔为计算实例,采用该算法推导出了结构振动基频与弹性模量的关系,只要知道截面的几何尺寸和材料性质,便可快速识别出各截面的刚度。有限元空间建模计算结果证明了本文提出的算法具有较高精度。该方法适合底部固定的塔式结构,可为复杂空间塔式结构使用状态的监测与评估提供参考。     

无矩阵迭代法在膜结构风振耦合分析中的应用

提出在采用浸入物体法(IOM)对膜结构和空气流体建模时,可以采用带有预定条件的无矩阵Newton-Krylov迭代算法求解浸入物体法,并引入了预定条件矩阵。将提出的无矩阵迭代方法应用于一双坡型膜结构的风振耦合分析中,得出了结构的风压和风速分布,并对带有预定条件和不带预定条件的无矩阵迭代算法进行了对比。结果表明,将带有预定条件的无矩阵迭代算法应用于膜结构风振的耦合分析中,可以得到准确结果,并使计算效率大大提高。     

中信广场风场特性及风致结构振动的同步监测

通过对广州中信广场在台风“达维”作用下其风场与风致结构振动的现场同步监测，获得了台风风场和结构动力特性，及风致结构振动响应等相关结果。通过对现场测试数据的分析，验证了湍流强度随平均风速增大而减小和阵风因子随湍流强度增大而增大等规律，实测的脉动风速谱与von Karman谱亦很吻合。同时通过对中信广场加速度响应与平均风速关系分析得出，该高层建筑物的顶部风速即使处于低中风速范围时，其横风向响应已接近于顺风向响应。根据实测风振加速度数据，对结构动力特性（频率及阻尼比）进行了识别，采用随机减量方法求得了结构在两个主轴方向第一振型阻尼比与振幅的非线性关系。     

利用汽车行驶风测试结构气动力系数的车振影响分析∗

参照结构风洞试验和现场实测的方法，结合车辆行驶能产生风的特点，提出一种理想道路条件下利用汽车行驶风测试结构气动力系数的跑车试验方法，该方法可成为风洞试验的有益补充。然而，汽车在行驶中由于路面不平整、发动机抖动及机械传动等因素作用下不可避免地产生振动，搭载于车上的结构模型由于该车辆振动的影响将受到惯性力的作用，该惯性力也会被测力天平采集，造成结果失真。采用理论推导和现场试验的方法，构建了跑车试验的基本理论，设计和组装了跑车试验的物理试验平台，运用该方法对参考文献三棱柱模型的升、阻力系数进行测试，同时对汽车行驶振动的影响进行研究。结果表明：在理想道路条件下，跑车试验理论公式正确，构建的跑车试验装置合理，等腰三棱柱模型的升、阻力系数跑车试验测试结果与风洞试验结果吻合很好，汽车行驶振动对利用汽车行驶风测试三棱柱模型升、阻力系数的影响很小，可忽略不计。跑车试验为结构抗风研究提供了一种新的试验方法。