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沿海地区超强台风作用下核电塔机抗风性能分析

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建筑技术 2024年第7期55卷 882-885页

作者：耿贵军李若彤郑朝荣吴文彬中建机械有限公司河北廊坊065000 东北林业大学土木工程学院哈尔滨150040 哈尔滨工业大学结构工程灾变与控制教育部重点实验室哈尔滨150090 福建茂禹建设发展有限公司福州350011

基于GB/T 13752—2017《塔式起重机设计规范》确定了超强台风作用下QTP300(7526B)型核电塔机的风荷载及其荷载组合方式,并考虑风荷载的不同加载方式(立面加载和平面加载),对核电塔机非工作状态下的抗风性能进行了有限元静力分析。结果表... 详细信息

基于GB/T 13752—2017《塔式起重机设计规范》确定了超强台风作用下QTP300(7526B)型核电塔机的风荷载及其荷载组合方式,并考虑风荷载的不同加载方式(立面加载和平面加载),对核电塔机非工作状态下的抗风性能进行了有限元静力分析。结果表明:与将风荷载分配到有限元模型的所有节点上相比,选取指定节点施加风荷载所得到的结果更大,表明在风荷载应加载到所有立面节点上;迎风面构件对背风面构件的挡风作用对塔机结构的应力分布及最大应力均无显著影响,而塔机结构的最大位移则随挡风作用的增强而增大,表明风荷载加载应考虑迎风面构件的挡风作用;塔机整机结构最大应力出现在底部主肢构件上,其大小均小于钢材的允许应力,该型号核电塔机可以承受17级超强台风作用。

关键词：超强台风核电塔机风荷载加载方式有限元

基于遗传算法与随机减量技术的气动阻尼识别方法研究

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振动与冲击 2023年第6期42卷 16-23页

作者：唐龙飞郑朝荣哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨150090 哈尔滨工业大学(深圳)土木与环境工程学院深圳518055 哈尔滨工业大学土木工程智能防灾减灾工业和信息化部重点实验室哈尔滨150090

随机减量技术(random decrement technique,RDT)因其计算快、成本低的优点,在工程结构模态参数识别中应用广泛。针对RDT在信号截断幅值与样本时长的选取比较主观带来的误差问题,采用遗传算法(genetic algorithm,GA)对其进行改进,提出改... 详细信息

随机减量技术(random decrement technique,RDT)因其计算快、成本低的优点,在工程结构模态参数识别中应用广泛。针对RDT在信号截断幅值与样本时长的选取比较主观带来的误差问题,采用遗传算法(genetic algorithm,GA)对其进行改进,提出改进的随机减量技术GA-RDT,并将其应用于某超高层建筑气弹模型的气动阻尼识别。首先,对RDT方法得到的自由衰减曲线进行拟合并定义误差,分析截断幅值A和样本时长T对误差(优化目标)的影响,采用遗传算法寻找A和T的最优解;其次,基于气弹模型风洞试验所得的顶点加速度时程,结合GA-RDT方法和Hilbert-Huang变换(Hilbert-Huang transform,HHT)方法进行气动阻尼识别;最后,以自然激励技术(natural excitation technique,NExT)识别所得的气动阻尼比为基准,对比分析GA-RDT方法相对于传统RDT方法的精度优势。结果表明,与NExT方法所得的气动阻尼比相比,GA-RDT方法识别得到不同风速时X向、Y向与扭转向的气动阻尼比的平均误差均小于0.14%,其识别精度显著高于传统RDT方法,从而验证了基于GA-RDT的气动阻尼识别方法的可行性。

关键词：超高层建筑气动阻尼识别遗传算法(GA) 改进的随机减量技术自然激励技术

偏转风场下方形截面超高层建筑风致响应与气弹效应研究

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建筑结构学报 2022年第12期43卷 20-30页

作者：唐龙飞刘昭郑朝荣武岳哈尔滨工业大学土木工程学院黑龙江哈尔滨150090 中国建筑第二工程局有限公司北京100071 哈尔滨工业大学结构工程灾变与控制教育部重点实验室黑龙江哈尔滨150090 哈尔滨工业大学土木工程智能防灾减灾工业和信息化部重点实验室黑龙江哈尔滨150090

超高层建筑具有轻质高柔的特点,强风作用下其气弹效应明显;且水平风向角沿高度偏转,导致超高层建筑的风荷载和风致响应与不考虑风向偏转时有明显不同。为此,完成了风向偏转角为25°的偏转风场及其无偏等效风场下一方形截面千米级超高层... 详细信息

超高层建筑具有轻质高柔的特点,强风作用下其气弹效应明显;且水平风向角沿高度偏转,导致超高层建筑的风荷载和风致响应与不考虑风向偏转时有明显不同。为此,完成了风向偏转角为25°的偏转风场及其无偏等效风场下一方形截面千米级超高层建筑的气弹模型试验,基于试验所得的模型顶点加速度时程,结合Hilbert-Huang变换方法和改进的随机减量法识别了气动阻尼比,对比分析了风向角、折减风速和有无风向偏转对气动阻尼比、极值加速度、涡激共振临界风速和锁定区的影响规律,探究了偏转风作用下千米级超高层建筑的风致响应、气弹效应和涡激振动等特性。研究结果表明:风向角对气动阻尼比和极值加速度影响较大,会显著改变其变化规律和涡激共振临界风速;基于频域分析所得的涡激共振临界风速小于由气动阻尼比或极值加速度确定的涡激共振临界风速,表明后者所反映的涡激共振特性具有滞后性,将导致结构不安全;相比无偏等效风作用,偏转风作用下水平向气动阻尼比较大,结构的顶点极值加速度较小,角部极值加速度的最大降幅可达38.3%。

关键词：超高层建筑偏转风气弹模型试验风致响应气动阻尼比锁定区

偏转风作用下方形超高层建筑风致响应与气弹效应特性研究

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建筑结构学报 2022年

作者：唐龙飞刘昭郑朝荣武岳哈尔滨工业大学土木工程学院中国建筑第二工程局有限公司哈尔滨工业大学结构工程灾变与控制教育部重点实验室哈尔滨工业大学土木工程智能防灾减灾工业和信息化部重点实验室

超高层建筑具有轻质高柔的特点，强风作用下其气弹效应明显。同时，已有研究表明，水平风向角沿高度发生偏转，导致超高层建筑的风荷载和风致响应特性与以往有明显不同。本文完成了风向偏转角为25°的偏转风场及其无偏等效风场作用下一... 详细信息

超高层建筑具有轻质高柔的特点，强风作用下其气弹效应明显。同时，已有研究表明，水平风向角沿高度发生偏转，导致超高层建筑的风荷载和风致响应特性与以往有明显不同。本文完成了风向偏转角为25°的偏转风场及其无偏等效风场作用下一方形截面千米级超高层建筑的气弹模型试验，基于试验所得的模型顶点加速度时程，结合Hilbert-Huang变换方法和改进的随机减量法识别了气动阻尼比；对比分析了风向角、折减风速和有无风向偏转对气动阻尼比、极值加速度、涡激共振临界风速和锁定区的影响规律，探究了偏转风作用下千米级超高层建筑的风致响应、气弹效应和涡激振动等特性。研究结果表明，风向角对气动阻尼比和极值加速度影响较大，会显著改变其变化规律和涡激共振临界风速；基于频域分析所得的涡激共振临界风速小于由气动阻尼比或极值加速度确定的涡激共振临界风速，说明后者所反映的涡激共振特性具有滞后性，可能导致结构不安全；相比无偏等效风作用，偏转风下水平向气动阻尼比较大，结构的顶点极值加速度较小，角部极值加速度的最大降幅可达38.3%。本文研究结果揭示了方形截面超高层建筑在偏转风作用下气弹效应特性和涡激共振机理，可为其抗风设计提供有益参考。

关键词：超高层建筑偏转风气弹模型试验风致响应气动阻尼比锁定

基于代理模型的方形凹角截面超高层建筑气动外形优化

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土木工程学报 2023年第4期56卷 1-11页

作者：王兆勇郑朝荣 Mulyanto Joshua Adriel 武岳哈尔滨工业大学土木工程学院黑龙江哈尔滨150090 哈尔滨工业大学结构工程灾变与控制教育部重点实验室黑龙江哈尔滨150090

采用CFD数值模拟和基于代理模型的优化方法,研究方形凹角截面超高层建筑在多参数设计空间内的平面外形气动优化问题。首先,选取凹角率、凹角角度和凹角个数作为设计参数并考虑风向角的影响,基于最优拉丁超立方设计和非定常RANS方法获得... 详细信息

采用CFD数值模拟和基于代理模型的优化方法,研究方形凹角截面超高层建筑在多参数设计空间内的平面外形气动优化问题。首先,选取凹角率、凹角角度和凹角个数作为设计参数并考虑风向角的影响,基于最优拉丁超立方设计和非定常RANS方法获得初始样本点的气动力系数;其次,基于遗传算法(GA)和广义回归神经网络(GRNN)方法构建能准确预测设计参数与气动力系数之间复杂关系的代理模型;再次,以最小气动力系数为目标,利用GA-GRNN代理模型及其更新策略和非支配排序遗传算法在整个设计空间内寻优,确定全风向角下方形凹角截面的最优气动外形;最后,探讨凹角修正对截面气动性能的影响机理。结果表明,基于GA-GRNN代理模型的优化方法在气动外形优化方面具有较高的预测精度和计算效率;全风向角下的最优气动外形截面的凹角率为18.5%、凹角角度为70.4°、凹角个数为5,相比方形截面,该截面可使平均阻力系数和均方根升力系数最多分别减小53.4%和70.5%。该方法可为建筑结构气动外形优化及相关研究提供重要参考。

关键词：超高层建筑气动外形优化代理模型 CFD数值模拟凹角

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分段吸气高层建筑减阻性能的数值研究

力学学报 2011年第2期43卷 372-380页

作者：郑朝荣张耀春哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨150090

为减小高层建筑的风致阻力,采用CFD方法研究了主动吸气控制下高层建筑模型的风载荷减阻性能,分析了竖向开孔位置、吸气孔高度和吸气速度等参数对减阻性能的影响,并详细展示流场,讨论吸气控制机理.结果表明:保持流量系数不变,增加吸气孔... 详细信息

为减小高层建筑的风致阻力,采用CFD方法研究了主动吸气控制下高层建筑模型的风载荷减阻性能,分析了竖向开孔位置、吸气孔高度和吸气速度等参数对减阻性能的影响,并详细展示流场,讨论吸气控制机理.结果表明:保持流量系数不变,增加吸气孔高度(或减小吸气速度)使得模型各表面的风压折减效率η_(PR),阻力折减效率η_(DR)和基底弯矩折减效率η_(MR)增大,且只有η_(MR)在较大吸气孔高度时超过1.0.拟合了η_(DR)和η_(MR)关于吸气孔中心高度、吸气孔高度和吸气速度的经验公式,为分段吸气控制的应用提供参考.基于最大风压折减效率和最小吸气功率,比较了各分段吸气模型和全高吸气模型的减阻性能,发现全高吸气模型的减阻性能优于分段吸气模型.可在高层建筑中上部设置吸气装置来减小基底弯矩或改善其局部风压特性.

关键词：高层建筑分段吸气控制数值模拟风压折减效率功率机理分析

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钝体绕流气动噪声源特性数值研究

哈尔滨工业大学学报 2017年第12期49卷 146-151页

作者：郑朝荣王笑寒武岳结构工程灾变与控制教育部重点实验室(哈尔滨工业大学) 哈尔滨150090 哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨150090 深圳奥意建筑工程设计有限公司广东深圳518000

为研究钝体绕流的气动噪声源特性,采用Realizablek-ε湍流模型与宽频带噪声源模型相结合的方法模拟钝体的声功率级和表面声功率级,比较并分析来流风速、钝体截面形式及尺寸对气动噪声源强度及其分布特性的影响规律,探讨气动噪声源的影... 详细信息

为研究钝体绕流的气动噪声源特性,采用Realizablek-ε湍流模型与宽频带噪声源模型相结合的方法模拟钝体的声功率级和表面声功率级,比较并分析来流风速、钝体截面形式及尺寸对气动噪声源强度及其分布特性的影响规律,探讨气动噪声源的影响机制.结果表明:钝体绕流气动噪声源主要位于气流发生分离、湍流运动比较剧烈的地方,且钝体的外形越趋近于流线型,其气动噪声源强度越低;四极子噪声源对总噪声的贡献比偶极子噪声源的贡献小得多;柱体表面声功率级最大值与来流风速对数之间呈线性正相关,与截面尺寸之间呈线性负相关.最后提出了表面声功率级的数学预测模型,为工程结构的声环境设计及气动噪声控制提供参考.

关键词：钝体绕流气动噪声源宽频带噪声源模型影响机制预测模型

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高层建筑风荷载减阻的吸气方法数值研究

应用基础与工程科学学报 2010年第1期18卷 80-90页

作者：郑朝荣张耀春哈尔滨工业大学土木工程学院黑龙江哈尔滨150090

为减小高层建筑的风致阻力,本文采用数值模拟方法研究了全高吸气控制下高层建筑的风荷载减阻性能,分析了吸气孔位置、吸气角、开孔宽度和吸气流量系数等参数对风荷载减阻和分离控制的影响规律.结果表明:吸气流量系数越大,减阻效果越好,... 详细信息

为减小高层建筑的风致阻力,本文采用数值模拟方法研究了全高吸气控制下高层建筑的风荷载减阻性能,分析了吸气孔位置、吸气角、开孔宽度和吸气流量系数等参数对风荷载减阻和分离控制的影响规律.结果表明:吸气流量系数越大,减阻效果越好,本文吸气角为15°、吸气流量系数为-0.0686时模型的阻力折减系数CDR达到0.523;而吸气角和开孔大小对CDR的影响较小.因此影响吸气控制减阻效果的直接因素是吸气流量系数,即减阻性能取决于吸气对边界层中低速流体的无量纲卷吸流量.讨论了吸气所消耗的功率及其产生的反作用力,并提出了实现'零阻力系数'和'零基底弯矩'的可能性.最后给出了全高吸气模型的风压折减系数关于吸气流量系数的经验公式,为高层建筑吸气控制的实际应用提供参考.

关键词：高层建筑吸气控制风荷载减阻数值模拟风压折减系数

基于节段模型试验的千米级摩天大楼行人风环境特性研究

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工程力学 2017年第12期34卷 183-191页

作者：陈勇郑朝荣金钊中国建筑东北设计研究院有限公司沈阳110006 哈尔滨工业大学结构工程灾变与控制教育部重点实验室哈尔滨150090 哈尔滨工业大学土木工程智能防灾减灾工业和信息化部重点实验室哈尔滨150090

某千米级摩天大楼是由正三角形布置的外围3个泪滴型塔楼和中心1个圆形塔楼组成的巨型组合结构,沿其高度每隔100 m共设置10个室外平台将此4个塔楼连接起来,用于安全疏散时行人通行。由于两相邻平台之间无任何遮挡,且高空来流风速较大,给... 详细信息

某千米级摩天大楼是由正三角形布置的外围3个泪滴型塔楼和中心1个圆形塔楼组成的巨型组合结构,沿其高度每隔100 m共设置10个室外平台将此4个塔楼连接起来,用于安全疏散时行人通行。由于两相邻平台之间无任何遮挡,且高空来流风速较大,给行人的舒适性与安全性带来极大的隐患,因此有必要对室外平台的行人风环境特性进行研究。考虑到风洞阻塞率的限制和室外平台上测点数量的布置要求,该文设计制作了一缩尺比为1/300的三平台式节段模型,并进行风环境试验,研究了室外平台行人高度的平均风速与阵风风速特性,并探讨不同高度和形式的挡风板对风环境特性的改善效果,为该摩天大楼的行人风环境评估奠定基础。结果表明:外围塔楼与中心塔楼之间存在明显的"狭管效应",导致行人高度风速比增大,基准模型的最大平均风速比和最大阵风风速比分别达到1.49和1.72。不同挡风板措施,不论在降低行人高度最大风速比,还是改善行人风环境的整体质量,均有效果。其中,挡风板高度或挡风板+导(抑)流板的总高度为20 mm时效果更为显著。

关键词：千米级摩天大楼室外平台行人风环境特性节段模型风环境试验