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风向角和倾角对光伏阵列风荷载的影响

太阳能学报 2024年第1期45卷 25-31页

作者：全勇吴建高陈艳王辛铭敬海泉中机国际工程设计研究院有限责任公司长沙410021 杭州市规划和自然资源局余杭分局杭州311100 中南大学土木工程学院长沙410075

该文通过数值模拟方法,系统研究单竖排光伏阵列的风荷载特性以及风向角和倾角的影响。结果表明:光伏阵列在横风作用下,迎风侧光伏组件的风荷载系数最大;光伏组件阻力系数、升力系数以及扭矩系数均随倾角的增大而增大,且在倾角小于20°... 详细信息

该文通过数值模拟方法,系统研究单竖排光伏阵列的风荷载特性以及风向角和倾角的影响。结果表明:光伏阵列在横风作用下,迎风侧光伏组件的风荷载系数最大;光伏组件阻力系数、升力系数以及扭矩系数均随倾角的增大而增大,且在倾角小于20°时变化速率较大,大于20°之后体型系数趋于平缓;光伏阵列中,组件风荷载系数的遮挡效应十分明显,迎风侧光伏组件降低了背风侧组件的来流风速,使得位于下游区域的光伏组件所受风荷载显著减小,且倾角越大遮挡效应越明显。

关键词：光伏系统风荷载数值模拟风向角倾角

索支撑光伏电站索力温度效应及其简化分析模型

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工程力学 2024年

作者：敬海泉彭浩轩何旭辉中南大学土木工程系

近年来，一种新型索支撑光伏电站结构获得大规模推广和应用。部分学者对这种结构的力学性能进行了研究和探索。但是，既有研究主要集中于风荷载对结构稳定性和安全性的影响。作为一种大跨度的索网钢结构，温度效应对结构力学行为的影响... 详细信息

近年来，一种新型索支撑光伏电站结构获得大规模推广和应用。部分学者对这种结构的力学性能进行了研究和探索。但是，既有研究主要集中于风荷载对结构稳定性和安全性的影响。作为一种大跨度的索网钢结构，温度效应对结构力学行为的影响也不可忽视。因此，本文对新型索支撑光伏电站结构的温度效应进行了系统分析和研究。本文使用Ansys有限元模拟温度效应对索支撑光伏电站索力的影响，计算了仅温度效应、风雪荷载和温度效应共同作用等多个工况，揭示了温度效应对索结构内力的影响规律。研究结果表明：由于光伏组件的作用，索力沿长度方向呈“锯齿”型分布；无风雪荷载时，索结构的温度影响系数为定值；有风雪荷载时，索结构的温度影响系数随风雪荷载增大而减小。根据计算结果并综合外荷载条件、跨度和光伏组件倾角等因素，提出了索支撑光伏电站索结构温度效应的简化分析模型和索力分析经验公式。最后使用简化分析模型和索力分析经验公式计算不同结构下多种工况的索力，与有限元分析结果对比计算误差皆小于1%，验证了其准确性。

关键词：索支撑光伏电站温度效应有限元分析简化分析模型索力计算外荷载条件

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索支撑光伏支架材料和荷载分项系数研究

工程力学 2024年

作者：丁昊何旭辉敬海泉吴小平翁晓军中南大学土木工程学院高速铁路建造技术国家工程研究中心通威集团有限公司

索支撑光伏支架是一种新型的光伏电站支撑结构，具有大跨度、高净空等特点，在“渔光”、“农光”电站中逐渐获得规模化应用。由于缺乏专有设计规范，索支撑光伏支架结构设计主要参考《索结构技术规程》(JGJ257-2012)和《光伏支架结构... 详细信息

索支撑光伏支架是一种新型的光伏电站支撑结构，具有大跨度、高净空等特点，在“渔光”、“农光”电站中逐渐获得规模化应用。由于缺乏专有设计规范，索支撑光伏支架结构设计主要参考《索结构技术规程》(JGJ257-2012)和《光伏支架结构设计规程》(NB/T 10115-2018)，材料和荷载分项系数取值的合理性仍需进一步深入讨论。本文基于概率极限状态可靠度理论，以国内某30米跨度索支撑光伏电站为案例，系统研究了材料和荷载分项系数取值问题。结果表明：依据《索结构技术规程》(JGJ257-2012)设计的索支撑光伏电站整体偏于保守，风荷载的分项系数取值偏低而索抗力分项系数取值偏高；索支撑光伏电站结构设计时，索抗力分项系数建议取值为1.2，自重荷载、预应力和风荷载的分项系数建议取值分别为1.1、1.1和1.6。

关键词：索支撑光伏支架拉索荷载可靠度分项系数有限元模拟

支座摩阻力对高速铁路大跨度悬索桥梁轨相互作用的影响

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中国铁道科学 2023年第1期44卷 114-124页

作者：于向东陈卓敬海泉中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中南大学高速铁路建造技术国家工程实验室湖南长沙410075

运用ANSYS软件,建立某高速铁路大跨径悬索桥桥梁-轨道-塔墩空间有限元分析模型,采用组合弹簧模拟滑动支座,通过计入滑动支座摩阻力前后悬索桥桥梁-轨道系统的纵向附加力对比分析,研究支座摩阻力对梁轨相互作用的影响。结果表明:滑动支... 详细信息

运用ANSYS软件,建立某高速铁路大跨径悬索桥桥梁-轨道-塔墩空间有限元分析模型,采用组合弹簧模拟滑动支座,通过计入滑动支座摩阻力前后悬索桥桥梁-轨道系统的纵向附加力对比分析,研究支座摩阻力对梁轨相互作用的影响。结果表明:滑动支座摩阻力对大跨度悬索桥的制动附加力、偏载下的挠曲附加力和断轨附加力的影响比较显著,对伸缩附加力和对称加载下的挠曲附加力的影响较小;当摩阻系数分别为0.03,0.05和0.1时,偏载下钢轨最大挠曲附加应力分别是不计摩阻力时的58.65%,54.67%和53.39%,对称加载下钢轨最大制动附加应力分别是不计摩阻力时的72.85%,71.87%和71.01%,偏载下钢轨最大制动附加应力分别是不计摩阻力时的42.28%,39.80%和37.67%;随着摩阻系数的增大,钢轨的制动附加应力、偏载下的挠曲附加应力和断轨后钢轨断缝宽度均呈不断减小趋势,而主塔和活动墩的墩顶水平力则呈不断增大趋势。

关键词：高速铁路大跨度悬索桥梁轨相互作用支座摩阻力纵向附加力

考虑加载历史多因素耦合作用下的梁轨相互作用附加力

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铁道科学与工程学报 2023年第1期20卷 210-221页

作者：于向东黄铮敬海泉中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中南大学高速铁路建造技术国家工程实验室湖南长沙410075

目前,大多数考虑加载历史的梁轨相互作用研究都集中在梁桥、拱桥以及斜拉桥等桥型上,对于悬索桥上考虑加载历史的梁轨相互作用研究还存在不足,采用理想弹塑性滞回模型模拟道床纵向阻力,建立以五峰山大桥为研究对象的高速铁路大跨度悬索... 详细信息

目前,大多数考虑加载历史的梁轨相互作用研究都集中在梁桥、拱桥以及斜拉桥等桥型上,对于悬索桥上考虑加载历史的梁轨相互作用研究还存在不足,采用理想弹塑性滞回模型模拟道床纵向阻力,建立以五峰山大桥为研究对象的高速铁路大跨度悬索桥梁轨相互作用分析模型,研究多因素耦合作用时加载历史对梁轨相互作用附加力的影响规律,以及往复荷载和循环荷载作用后道床纵向阻力的滞回特性对于梁轨相互作用产生的残余应力及位移的影响规律。分别采用加载历史法和线性叠加法计算温度、挠曲和制动荷载耦合作用下钢轨纵向附加应力,分析往复荷载和循环荷载作用下钢轨内部残余应力和梁轨残余相对位移的分布特点。研究结果表明:在多因素耦合作用下,虽然2种方法的梁轨相互作用附加力分布规律总体趋势保持一致,但是线性叠加法计算结果相较于加载历史法过于保守;钢轨在往复荷载和循环荷载作用下存在明显残余应力且经历过一次循环后其内部的残余应力就能达到收敛的稳定值,这是道床纵向阻力的弹塑性滞回特性决定的;温度因素不管是在多因素耦合作用下还是在往复或者循环荷载作用下对梁轨相互作用附加力的产生都占据主导地位,表明温度作用对考虑加载历史的悬索桥上梁轨相互作用有重要影响。

关键词：梁轨相互作用高速铁路悬索桥加载历史弹塑性滞回模型多因素耦合

列车制动参数对大跨度悬索桥梁轨相互作用影响研究

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铁道科学与工程学报 2023年第11期20卷 4243-4255页

作者：于向东张贺敬海泉中南大学土木工程学院湖南长沙410075 高速铁路建造技术国家工程研究中心湖南长沙410075

为研究列车制动下大跨度悬索桥无缝线路纵向力的分布规律,基于ANSYS软件和梁轨相互作用理论,建立大跨度悬索桥梁轨一体化动力分析模型,根据CRH动车组列车的制动力时程,分别研究制动停车位置、制动初速度、列车种类、列车挠曲力和制动力... 详细信息

为研究列车制动下大跨度悬索桥无缝线路纵向力的分布规律,基于ANSYS软件和梁轨相互作用理论,建立大跨度悬索桥梁轨一体化动力分析模型,根据CRH动车组列车的制动力时程,分别研究制动停车位置、制动初速度、列车种类、列车挠曲力和制动力等因素对钢轨附加应力和梁轨相对位移的动力、静力影响。结果表明:由于动力计算考虑到前一荷载步对后一荷载步的影响以及线路纵向阻力滞回特性的影响,动力、静力计算结果差别显著,传统静力计算低估了列车荷载作用下钢轨的受力,在实际工程应用时有必要按动力方法计算列车荷载作用下大跨度悬索桥梁轨相互作用问题;制动停车位置对钢轨附加拉应力和梁轨相对位移增量影响显著,列车制动停止于主跨跨中位置为本文研究大跨度悬索桥梁轨相互作用所选4种典型工况中的最不利工况;列车制动力对梁端位置钢轨附加拉应力和梁轨相对位移影响显著,列车挠曲力对主桥范围内钢轨附加应力和梁轨纵向位移的分布规律影响显著,并与钢轨附加压应力峰值大小表现出较强的相关性;CRH5和CRH2型动车组列车为研究CRH型动车组制动下大跨度悬索桥梁轨相互作用的不利车型,其中CRH5型动车组最不利制动方式为最大常规制动;由于CRH动车组列车制动初速度不影响列车制动力峰值大小,大跨度悬索桥梁轨相互作用对制动初速度因素变化并不敏感。研究成果可为完善列车制动下桥上无缝线路设计和计算提供参考和借鉴。

关键词：梁轨相互作用悬索桥动力分析列车制动力时程 CRH动车组列车

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基于等效静荷载法的移动荷载结构拓扑优化

中南大学学报（自然科学版） 2022年第11期53卷 4292-4299页

作者：敬海泉罗楷明何旭辉中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中南大学高速铁路建造技术国家工程重点实验室湖南长沙410075

土木工程结构中移动荷载的动态特性和惯性特征对结构的稳定与安全具有重要影响,而目前的拓扑优化算法都主要考虑静荷载效应。为了满足对移动荷载拓扑优化的需要,提出一种考虑移动荷载效应的结构拓扑优化设计方法。该方法采用“对偶”加... 详细信息

土木工程结构中移动荷载的动态特性和惯性特征对结构的稳定与安全具有重要影响,而目前的拓扑优化算法都主要考虑静荷载效应。为了满足对移动荷载拓扑优化的需要,提出一种考虑移动荷载效应的结构拓扑优化设计方法。该方法采用“对偶”加载方式处理移动荷载,并结合等效静荷载法实现考虑移动荷载效应的结构拓扑优化。用提出的拓扑优化方法对案例进行分析,进一步探讨支撑条件和荷载位置对优化结构力学性能的影响,分析对比不同优化后结构在设计荷载作用下的等效应力与跨中位移。研究结果表明:优化后结构在具有良好动力学性能的同时还具有对称性,可有效避免荷载移动方向对优化结构的影响,解决了既有等效静荷载拓扑优化方法无法有效处理移动荷载效应的难题;该方法具有良好的收敛性和适用性,优化后的结构造型美观,受力合理,并节省材料,可为结构设计提供参考。

关键词：结构优化拓扑优化等效静荷载法结构动力分析

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横风作用下列车抖振力气动导纳风洞试验研究

铁道科学与工程学报 2022年第3期19卷 588-599页

作者：张鹏樊绍文许洪刚敬海泉国家铁路局安全技术中心北京100160 中南大学土木工程学院湖南长沙410075 高速铁路建造技术国家工程实验室湖南长沙410075

目前,下承式钢桁梁在高速铁路大跨度桥梁中的应用越来越广泛,但因其列车在横风作用下与主梁之间气动干扰较大,现有列车气动导纳结果并不适用。为了研究车桥不同组合方式和紊流特征参数对列车气动导纳的影响,以一座典型大跨度下承式四线... 详细信息

目前,下承式钢桁梁在高速铁路大跨度桥梁中的应用越来越广泛,但因其列车在横风作用下与主梁之间气动干扰较大,现有列车气动导纳结果并不适用。为了研究车桥不同组合方式和紊流特征参数对列车气动导纳的影响,以一座典型大跨度下承式四线钢桁斜拉桥为研究背景,利用车桥测力、测压以及脉动风速同步测量系统,在3类格栅紊流场内对车桥耦合工况进行风洞试验。同步采集风压和风速时程数据,利用自谱-交叉谱综合最小二乘法和Sears函数识别列车气动导纳,并采用计算效率更快和识别精度更高的遗传算法进行求解。研究结果表明:遗传算法可以对自谱-交叉谱总体最小二乘法取得良好的计算结果,不同风攻角下列车气动导纳u分量变化不明显,而w分量具有明显差别。同时Sears函数在高频区与列车气动导纳具有一定的相似性,但模值偏小;除此之外,紊流度和紊流积分尺度对不同车桥组合方式下列车气动导纳具有不同幅度的影响,因此在列车气动导纳识别风洞试验中,需同时考虑紊流度和紊流积分尺度的相似性。

关键词：钢桁梁列车气动导纳自谱-交叉谱综合最小二乘法紊流特征参数

考虑非平稳横风作用的列车-大跨斜拉桥耦合系统动力响应

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湖南大学学报（自然科学版） 2022年第5期49卷 92-100页

作者：何旭辉谭凌飞顾建华敬海泉李书昌中南大学土木工程学院湖南长沙410075 高速铁路建造技术国家工程实验室湖南长沙410075 广东广珠城际轨道交通有限责任公司广东广州510335

为了研究非平稳横风对列车-大跨斜拉桥耦合系统的动力响应,首先使用EMD(经验模态分解)方法对已有实测台风数据进行处理,获得台风的时变平均风速,将风谱中的平均风速替换成时变平均风速,通过谐波合成法模拟得到非平稳横风脉动风速.使用... 详细信息

为了研究非平稳横风对列车-大跨斜拉桥耦合系统的动力响应,首先使用EMD(经验模态分解)方法对已有实测台风数据进行处理,获得台风的时变平均风速,将风谱中的平均风速替换成时变平均风速,通过谐波合成法模拟得到非平稳横风脉动风速.使用有限元软件ANSYS和多体动力学软件SIMPACK建立列车-轨道-斜拉桥耦合分析模型,非平稳风荷载包括时变平均风引起的静风力和非平稳脉动风引起的抖振力.计算了风-列车-大跨斜拉桥耦合系统的动力响应,对比分析了平稳风与非平稳风作用下列车和斜拉桥的加速度响应以及桥上列车的安全舒适性指标.结果表明:对比平稳风,在非平稳风作用下列车的横向和竖向最大加速度分别增大了12%和23%,桥梁的横向和竖向最大加速度分别增大了16%和7%,列车的轮重减载率、轮轨横向力、脱轨系数分别增大了9%、14%和4%,列车的横向Sperling指标有一定的增大,从而降低了桥上行车的安全性和舒适性;频谱图显示在低频区域内,非平稳风作用下列车的竖向振动、横向振动和桥梁的横向振动会更加强烈.

关键词：非平稳横风风-车-桥多体动力学大跨斜拉桥动力响应