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横风作用下移动点湍流脉动特性风洞试验研究

振动与冲击 2022年第16期41卷 58-64,99页

作者：李志国张天翼苏益王沛源李明水西南交通大学风工程试验研究中心成都610031 西南交通大学风工程四川省重点实验室成都610031 重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室重庆400450 重庆大学土木工程学院重庆400450

为了研究移动点历经的湍流脉动风特性,设计了一套能够实现测量探针以均匀速度在流场中移动的试验系统,测量了不同风速-车速比(风速与移动点速度的比值)下的湍流脉动特性,提出了半椭圆湍流积分尺度模型,分析了与静止点观测结果相比的湍... 详细信息

为了研究移动点历经的湍流脉动风特性,设计了一套能够实现测量探针以均匀速度在流场中移动的试验系统,测量了不同风速-车速比(风速与移动点速度的比值)下的湍流脉动特性,提出了半椭圆湍流积分尺度模型,分析了与静止点观测结果相比的湍流脉动风速谱及能谱的变化。研究结果表明,移动点测得的湍流脉动特性与静止点测量结果存在明显的不同。对于某一固定来流风速,随着移动点速度的增加,纵向湍流积分尺度减小,相比Balzer及Cooper积分尺度模型,半椭圆模型的描述更加准确。基于半椭圆模型的脉动速度谱具有较高的精度,移动点历经的湍流谱能量因运动而重新分布,并表现出明显的Doppler效应。随着观测点移动速度的增加,脉动速度谱整体向更高的频率偏移,高频区域中的谱值增大,低频区域中的谱值减小,且能量向更高的波数区传递。

关键词：脉动风特性湍流谱湍流积分尺度移动车辆横风风洞试验

脉动风特性对大跨度桥梁结构抖振响应影响的研究

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脉动风特性对大跨度桥梁结构抖振响应影响的研究

作者：胡钢哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

大跨度桥梁的抗风问题是土木工程学中的一个热点问题。随着桥梁跨度的不断增大,桥梁的抗风问题日益突出。风致振动在一定程度上影响了桥梁的施工以及运营安全。世界各地的学者从不同方面,不同角度对风致振动机理以及抗风措施做了大量的... 详细信息

大跨度桥梁的抗风问题是土木工程学中的一个热点问题。随着桥梁跨度的不断增大,桥梁的抗风问题日益突出。风致振动在一定程度上影响了桥梁的施工以及运营安全。世界各地的学者从不同方面,不同角度对风致振动机理以及抗风措施做了大量的研究,得出了很多具有开创性和建设性的成果。本文主要研究了脉动风特性对抖振响应的影响,主要内容如下: （1）采用二维抖振理论考察了湍流积分尺度对大跨度桥梁结构抖振的影响。选取了杭州湾大桥（斜拉桥）和江阴长江公路大桥（悬索桥）这两种不同的桥梁形式作为研究对象,计算从5m到100m范围内的湍流积分尺度对应的桥梁抖振响应。结果表明抖振响应并不是随着湍流积分尺度线性变化的,而是随着湍流积分尺度的增大,桥梁抖振响应先增大后减小;抖振响应峰值所对应的湍流积分尺度值随着平均风速的增大而增大。（2）通过时域分析方法分析了湍流强度对大跨度桥梁结构抖振的影响。选取了滨州黄河大桥作为考察对象。数值模拟了不同湍流强度下的脉动风场,利用计算流体动力学的方法求解了滨州黄河大桥主梁截面的静力三分力系数。借助于通用有限元软件ANSYS进行了计算。结果表明湍流强度对不同方向的抖振响应影响存在差别。湍流强度对沿桥梁跨向和桥梁竖向的抖振位移响应影响非常小,几乎可以忽略不计;湍流强度对沿桥梁跨向的抖振速度和加速度响应影响也非常小,几乎没有影响;但是湍流强度对竖向抖振速度和加速度响应影响很明显,竖向抖振速度和加速度响应随着湍流强度的增大而增大,趋势非常明显。湍流强度对竖向的抖振位移、速度和加速度的最大值影响很小,对沿桥梁跨向抖振位移、速度和加速度的最大值没有影响;竖向抖振响应最大值均大于沿跨向的抖振响应的最大值;并且对称节点的沿桥梁跨向抖振响应的相关性大于竖向抖振响应的相关性。

关键词：大跨度桥梁脉动风特性湍流积分尺度湍流强度抖振

“罗莎”(0716)台风高空实测脉动风特性分析

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空气动力学学报 2010年第3期28卷 291-296页

作者：武占科赵林朱乐东葛耀君同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092

随着我国东南沿海地区200m～500m超高层建筑不断涌现,高空强(台)风环境参数的现场实测和分析工作成为风工程研究的一个重点,这部分内容亦为我国建筑结构荷载规范的空白。2006年8月开始在上海市环球金融中心顶部施工平台架设三维超声风速... 详细信息

随着我国东南沿海地区200m～500m超高层建筑不断涌现,高空强(台)风环境参数的现场实测和分析工作成为风工程研究的一个重点,这部分内容亦为我国建筑结构荷载规范的空白。2006年8月开始在上海市环球金融中心顶部施工平台架设三维超声风速仪,随施工进度实测了距地面246m至436m不同高度处的脉动风特性,并于2007年10月8日在436m高度处成功捕捉到对上海有较强影响的"罗莎"(0716)强台风全过程风速风向记录时间序列,由此统计分析得到了"罗莎"台风的紊流强度、阵风因子和紊流积分尺度等高空风参数特性,并根据Kol-mogrove理论对水平方向和垂直方向脉动风功率谱密度函数进行了参数拟合。

关键词：台风高空实测脉动风特性风谱拟合

脉动风特性及其对桥梁主梁断面的抖振作用研究

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脉动风特性及其对桥梁主梁断面的抖振作用研究

作者：李鹏飞同济大学

学位级别：硕士

本文以脉动风特性、桥梁断面气动导纳以及风谱对桥梁节段模型抖振的影响为研究目的，采用桥梁节段模型风洞试验和桥梁节段模型抖振计算相结合的方法，主要工作包括以下几个方面： 1．采用现场实测的方法对上海市崇明岛侯家镇气... 详细信息

本文以脉动风特性、桥梁断面气动导纳以及风谱对桥梁节段模型抖振的影响为研究目的，采用桥梁节段模型风洞试验和桥梁节段模型抖振计算相结合的方法，主要工作包括以下几个方面： 1．采用现场实测的方法对上海市崇明岛侯家镇气象站的近地脉动风特性进行分析研究，对紊流强度、阵风因子、紊流积分尺度的统计值与规范结果进行了比较，对水平方向和垂直方向常用的几种功率谱密度函数进行了拟合修正，提出了精度优于常用风谱的脉动风功率谱密度函数的新表达式。 2．调试了四种满足流场均匀性要求的格栅紊流场。对薄平板模型、流线箱梁模型和双边主梁模型分别进行了抖振试验，采用加速度传感器测取振动信号，通过对加速度功率谱截止频率滤波来得到位移方差，结果表明，这种数据处理方法能有效地去除噪声，由此得到的抖振试验结果趋势良好。 3．用互功率谱方法对几种典型桥梁断面进行了六分量气动导纳试验。基于等效导纳函数的概念，不仅比较和分析了几种不同断面的气动导纳，而且探讨了风攻角、风速、紊流度以及栏杆等对气动导纳的影响。 4．分别用频域和时域方法对桥梁节段模型进行抖振计算分析，探讨了自激力、风速互谱、抖振力互谱、瞬时风攻角等因素对抖振响应的影响。基于六分量气动导纳计算模型，详细比较了不同风谱对桥梁节段模型抖振的影响。 5．采用实测气动导纳计算桥梁节段模型的抖振响应，并与抖振响应的试验值进行比较，验证了本文实测气动导纳的可靠性和正确性。

关键词：脉动风特性紊流场桥梁抖振节段模型试验时域分析频域分析气动导纳

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门式起重机流固耦合及脉动风特性分析

门式起重机流固耦合及脉动风特性分析

作者：王宇宇西南交通大学

学位级别：硕士

门式起重机(后文简称"门机")是重要的铁路货场运输设备,随着生产的需要,结构越来越高大轻柔化,脉动自然风对其振动作用已不容忽视。《起重机设计规范》GB/T3811-2008将风载荷作为结构稳定性分析和大小车行走电机功率计算选型的重要依据... 详细信息

门式起重机(后文简称"门机")是重要的铁路货场运输设备,随着生产的需要,结构越来越高大轻柔化,脉动自然风对其振动作用已不容忽视。《起重机设计规范》GB/T3811-2008将风载荷作为结构稳定性分析和大小车行走电机功率计算选型的重要依据,但是只将其作为静载荷来处理,忽略了风的脉动特性对结构的振动作用。为保证门机的抗风安全性,很有必要对其进行全面的风载荷研究。本文以某40.5t门机为例,利用结构有限元分析法、计算流体力学理论及AR线性滤波法,对结构进行有限元静力学计算、动力学模态分析、流固耦合动力特性分析及脉动风特性分析。本论文主要研究内容如下:1.门式起重机的静力学校核计算和动力学模态分析。利用有限元ANSYS软件创建40.5t门机的有限元模型,根据《起重机设计规范》对结构进行静力学强度、刚度校核,以及动力学模态分析,得出该结构振型和频率,了解其振动特性。2.门式起重机流固耦合模型和ANSYS模型的相似原理模型拟合。门式起重机的流固耦合分析,模型必须满足相似原理,所以需要对流固耦合模型和ANSYS模型进行模型拟合。运用Solidworks软件建立门机简化模型,与ANSYSY模型进行泊松比拟合、质量拟合及模态频率振型拟合,使其达到流固耦合分析相似理论要求。3.门式起重机不同风向角下的流固耦合分析。基于计算流体力学(CFD)理论,运用FLUENT软件,以SST湍流模型对门式起重机进行不同风向角下的流固耦合分析计算。得出不同风向角下的门式起重机应力云图、变形云图、风压分布云图和速度矢量图,分析不同风向角下耦合结果规律。4.门式起重机两种工况不同风速的脉动风特性分析。运用AR线性滤波法和Davenport风谱模拟脉动风。通过APDL命令流以一定时间间隔对门机ANSYS模型持续加载,进行两种工况不同风速的风载荷瞬态动力学分析,得出门机每个载荷步下的最大应力变形响应,并与静载计算结果进行对比分析。本文研究成果可为门机风载荷响应研究提供参考,同时也可为门机结构的抗风设计提供一定的理论指导。

关键词：门式起重机风载荷流固耦合计算流体力学理论脉动风特性

矮寨大桥桥址区脉动风特性及高斯条件模拟研究

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矮寨大桥桥址区脉动风特性及高斯条件模拟研究

作者：童祎巍湖南科技大学

学位级别：硕士

随着我国西部交通的大力发展,近年来众多大跨度的桥梁不断建成。由于我国西部地区的地形地貌复杂多样,受此影响,山区风场也变幻莫测。因此我国现行的《公路桥梁抗风设计规范》对于山区的风场已不太适用。本文是以湖南湘西矮寨大桥桥址... 详细信息

随着我国西部交通的大力发展,近年来众多大跨度的桥梁不断建成。由于我国西部地区的地形地貌复杂多样,受此影响,山区风场也变幻莫测。因此我国现行的《公路桥梁抗风设计规范》对于山区的风场已不太适用。本文是以湖南湘西矮寨大桥桥址处的山区峡谷的风场为研究背景,采用现场实测和条件模拟两种方法对山区峡谷的平均风特性和脉动风特性进行了研究,总结出了该地区的平均风特性和脉动风特性的一些变化规律。主要研究内容包括:(1)基于MATLAB软件的编程功能,对湘西矮寨大桥桥址处现场测得的实测数据进行了研究和分析;着重地分析了三次强风的平均风特性和脉动风特性,如10分钟平均风速、风向玫瑰图、风攻角、湍流度、阵风因子、风速谱密度函数等重要参数。总结了上述参数之间的相互关系,如湍流度、阵风因子和10分钟平均风速之间的相互关系、阵风因子随短时距的变化情况等。(2)基于高斯条件模拟理论,利用已知风速和Cholesky分解和FFT变换的离散频率函数法,对待估点的脉动风速进行了模拟。本文采用的是现场实测风速与模拟风速对照的方法,来探究高斯条件模拟是否适用于对风速的模拟。通过四种工况验证对比发现,参加模拟的已知点的数据越多,模拟的风速方差越小,说明模拟的效果越好。通过两种工况对待估点进行模拟,给出了第七、十二、十八号点的模拟脉动风速时程图,并且进一步验证了参加模拟的已知点个数越多,模拟的效果越好。总之,高斯条件模拟是一种很有效的模拟方法,能够较好的模拟出脉动风速。

关键词：山区风特性脉动风特性湍流度阵风因子风速谱密度函数高斯条件模拟

大跨度桥梁结构平均风特性与脉动风特性影响研究

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大跨度桥梁结构平均风特性与脉动风特性影响研究

作者：焦丽娜哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

风荷载是建筑结构的一种典型动力荷载,随着大跨度桥梁结构的不断出现,风荷载对大跨度桥梁结构的作用开始备受关注。本文从平均风和脉动风的一些特性方面对大跨度桥梁结构进行了静力和动力的响应分析,主要内容如下: 1)在直角坐标系下,建... 详细信息

风荷载是建筑结构的一种典型动力荷载,随着大跨度桥梁结构的不断出现,风荷载对大跨度桥梁结构的作用开始备受关注。本文从平均风和脉动风的一些特性方面对大跨度桥梁结构进行了静力和动力的响应分析,主要内容如下: 1)在直角坐标系下,建立了平均风速空间分布计算模型,在此模型的基础上,分析了风速水平分布不均匀性对桥梁主梁静力抗风的影响。结果表明,风场非对称参数和风场的大小对桥梁主梁的位移变形有很大的影响,如果不考虑风速的水平分布不均匀性,计算的位移变形就会偏大。 2)基于Fluent软件,采用分状态强迫振动的方法,对南京长江二桥断面进行了数值模拟,识别了在不同初始风攻角下的颤振导数,并计算了相应的颤振临界风速。一方面,在初始风攻角为0°的情况下,对颤振导数进行了识别,并与风洞试验进行了对比,验证了本文数值模拟的正确性;另一方面,计算了不同初始风攻角下的颤振临界风速,结果表明初始风攻角对桥梁失稳时的颤振临界风速是有影响的,桥梁在负的初始风攻角下比在正的初始风攻角下有更好的颤振稳定性。 3)用频域方法对杨浦大桥(斜拉桥)和润扬长江大桥(悬索桥)进行了抖振计算分析,探讨了脉动风的一些特性对大跨度桥梁结构抖振响应的影响。结果发现,常用风速谱的在高频域的能量分布直接影响抖振的响应,当水平向风速谱和竖向风速谱采用Von Karman谱时,抖振响应值随着湍流积分尺度的增大而减小。

关键词：大跨度桥梁平均风特性脉动风特性颤振抖振

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西藏高原风场实测及非平稳风特性研究

东南大学学报（自然科学版） 2023年第4期53卷 575-584页

作者：楼文娟周为政刘炯梁明蔡康黄铭枫浙江大学结构工程研究所杭州310058 中国电力工程顾问集团西南电力设计院有限公司成都610000

为研究高原风特性,于海拔4465 m的西藏南部浪卡子县离地10 m高度处进行了1年4季昼夜的风速风向实时连续采样实测,筛选出1256个有效大风样本.采用平稳模型、EMD非平稳模型及最优时变均值非平稳模型处理实测非平稳风速样本,分析了3种风速... 详细信息

为研究高原风特性,于海拔4465 m的西藏南部浪卡子县离地10 m高度处进行了1年4季昼夜的风速风向实时连续采样实测,筛选出1256个有效大风样本.采用平稳模型、EMD非平稳模型及最优时变均值非平稳模型处理实测非平稳风速样本,分析了3种风速模型的平均风速、湍流强度、阵风因子、湍流积分尺度和脉动风谱等风场特性参数,并与低海拔地区多种类别风场实测结果进行对比.结果表明:西藏高原冬半年脉动风湍流强度大于夏半年;在相似地貌下,高原脉动风湍流强度要高于低海拔地区,而与一些特殊地貌及特殊风场如峡湾风、台风等的湍流强度接近;湍流积分尺度计算结果受风速平稳程度影响很大,平稳模型高估了湍流积分尺度;西藏高原脉动风拟合风谱与各标准谱均有一定差别,且具有较大的高频能量.因此,高原建筑结构抗风设计应注意高原脉动风参数与低海拔地区的区别,并充分考虑高原风的非平稳性,合理选择非平稳模型.

关键词：西藏高原风风场实测脉动风特性时变平均风速

深切峡谷风特性对大跨桥梁抖振响应的影响研究

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深切峡谷风特性对大跨桥梁抖振响应的影响研究

作者：程靖童重庆交通大学

学位级别：硕士

随着国家基础设施的大力发展,我国建造了越来越多的大跨度桥梁,特别是在我国西部山区,但是山区的地形十分复杂,风场特性也与平原地区有很大差异,因此规范中的风参数并不能直接应用于深切峡谷地区的的桥梁抗风设计中,需要对其进行实测分... 详细信息

随着国家基础设施的大力发展,我国建造了越来越多的大跨度桥梁,特别是在我国西部山区,但是山区的地形十分复杂,风场特性也与平原地区有很大差异,因此规范中的风参数并不能直接应用于深切峡谷地区的的桥梁抗风设计中,需要对其进行实测分析。由于风场特性与结构的风振响应有很强的相关性,因此,在实际工程中,大跨桥梁的抗风设计往往依赖于现场实测的得到的风特性参数。精确地获取桥址处真实的风场特征参数,对大跨桥梁抗风设计的安全性和针对性具有重要意义。本文以地处深切峡谷地区的某斜拉桥为研究对象,研究该桥址处不同季节的平均风特性和脉动风特性,以及风特性和其他影响因素对该斜拉桥的抖振响应位移及功率谱的影响,为准确的评估深切峡谷地区的风场特性和抖振响应提供科学依据。本文的主要研究内容有:(1)以某斜拉桥为研究对象,在不同位置和不同高度共设置三个观测站点,收集了为期一年半的实测数据进行观测研究,并基于Matlab程序对实测数据进行处理,将这些观测数据分为春夏秋冬四个季节来对比不同季节的平均风特性和脉动风特性,平均风特性包括平均风速、平均风向角和平均风攻角等,脉动风特性包括紊流强度、阵风因子、紊流积分尺度和脉动风功率谱等,通过与规范进行对比,比较深切峡谷地区与平原地区风场特性的差异,说明对深切峡谷地区进行风场观测是十分必要的;(2)采用大跨桥梁结构全模态耦合CQC频域抖振分析法对该斜拉桥主梁竖向、侧向和扭转方向的抖振响应进行分析,探究计算过程中使用不同脉动风功率谱、气动导纳和相干函数对大跨桥梁抖振位移响应计算结果的影响,并对风速、攻角、紊流强度和紊流积分尺度等风场特性的改变造成的抖振位移响应均方根和功率谱的差异进行了比较,还分析了不同季节和地表类别对抖振位移响应均方根和功率谱的影响。

关键词：大跨桥梁深切峡谷平均风特性脉动风特性抖振响应