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强风下百叶窗翅片风致响应的风洞试验研究

噪声与振动控制 2023年第3期43卷 220-224页

作者：李勇萍黄汉杰四川工程职业技术学院建筑工程系四川德阳618000 中国空气动力研究与发展中心四川绵阳621000

为考察建筑工程中常见百叶窗翅片结构的抗风性能,通过1:1实物模型的风洞试验研究典型测点处的风致响应,获得百叶窗表面的风致响应分布规律及其随风速的变化特性。试验结果表明:风速43 m/s,即14级强风下,百叶窗抗风性能良好,翅片结构上... 详细信息

为考察建筑工程中常见百叶窗翅片结构的抗风性能,通过1:1实物模型的风洞试验研究典型测点处的风致响应,获得百叶窗表面的风致响应分布规律及其随风速的变化特性。试验结果表明:风速43 m/s,即14级强风下,百叶窗抗风性能良好,翅片结构上各测点处风致响应分布不均匀,百叶窗边缘和中心加强杆附近的响应相对较小;极端强风下中心加强杆附近的响应迅速增加;风致响应随风速增加而增大,风速65 m/s时风振出现最大值,风速76 m/s时叶片将出现塑性变形和裂纹,最大不可恢复塑性变形量达21.6 mm;翅片阵风荷载因子变化范围为1.19~1.56。

关键词：声学百叶窗翅片风致响应强风风洞试验

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脱硝钢架表面体型系数及风致响应分析

防灾减灾工程学报 2022年第3期42卷 534-541页

作者：劳俊王希慧宋波李陈阳国能龙源环保有限公司北京100039 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 强震区轨道交通工程抗震研究北京市国际科技合作基地北京100083

火电厂中的脱硝钢架由于其高度较高、外形不规则,风荷载是其承受的主要荷载之一。为确保该类结构风荷载的正确评估,以某典型脱硝钢架为研究对象,基于流固耦合理论,利用数值风洞方法对脱硝钢架结构表面体型系数及风致响应进行了研究。根... 详细信息

火电厂中的脱硝钢架由于其高度较高、外形不规则,风荷载是其承受的主要荷载之一。为确保该类结构风荷载的正确评估,以某典型脱硝钢架为研究对象,基于流固耦合理论,利用数值风洞方法对脱硝钢架结构表面体型系数及风致响应进行了研究。根据刚度与质量等效的原则,提出了复杂脱硝钢架结构连续体模型的简化方法,模型简化前后的1阶自振周期与振型接近,可近似模拟原结构的平动情况。风向角的变化对迎风面及变截面处体型系数的影响较大,可以忽略风向角对侧面及顶面体型系数的影响。在0°风向角工况下,结构的位移与应力极值均显著大于90°风向角工况。因此,0°风向对于结构而言为相对较不利风向,在脱销钢架整体结构方向布置时应予以避免。

关键词：脱硝钢架风向角数值风洞体型系数风致响应

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细长矩形超高层建筑风荷载与风致响应特性

建筑结构 2023年第S2期53卷 2139-2144页

作者：黄晨陈水福陈凯中国联合工程有限公司杭州310052 浙江大学建筑工程学院杭州310058

考虑周边建筑的影响,对一高宽比接近8的细长矩形截面超高层塔楼的风荷载和风致响应特性进行了分析。利用风洞试验首先获得了塔楼的表面风压时程及整体体型系数等参数,考察了体型系数沿高度的变化规律及与规范值的异同点。再将风荷载时... 详细信息

考虑周边建筑的影响,对一高宽比接近8的细长矩形截面超高层塔楼的风荷载和风致响应特性进行了分析。利用风洞试验首先获得了塔楼的表面风压时程及整体体型系数等参数,考察了体型系数沿高度的变化规律及与规范值的异同点。再将风荷载时程施加于塔楼各结构层,通过时程分析获得了各结构层的等效静力风荷载、顶层峰值位移和加速度等抗风设计参数,探讨了不同风向角下这些参数的变化特点及其与规范计算值的差异。结果表明,该细长超高层塔楼的横风向峰值加速度明显大于顺风向之值,且邻近高层建筑的存在未能对其形成明显减弱效应;但邻近建筑对塔楼的横风向等效风荷载有较大影响,由规范计算的横风向等效风荷载与试验值存在较大偏差,这与规范值未考虑邻近建筑的影响有关。可见此类细长超高层建筑的风荷载及风致响应参数采用考虑实际周边环境的风洞试验结果更趋合理。

关键词：超高层建筑矩形截面风荷载风致响应风洞试验

基于分离涡方法的标准CAARC模型流固耦合风致响应分析

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科学技术与工程 2023年第23期23卷 10075-10084页

作者：王强赵鹏飞陈旭东卢春玲桂林理工大学土木与建筑工程学院桂林541004 广西建筑新能源与节能重点实验室桂林541004 桂林理工大学广西有色金属隐伏矿床勘查及材料开发协同创新中心桂林541004 广西壮族自治区智慧结构材料工程研究中心桂林541004

为了研究流固耦合效应对高层建筑结构的风致响应影响,以标准CAARC(commonwealth advisory aeronautical research council)高层建筑模型为研究对象,基于CAARC模型的物理特性建立了气弹性模型,用一种新的湍流脉动流场产生方法(dis-cretiz... 详细信息

为了研究流固耦合效应对高层建筑结构的风致响应影响,以标准CAARC(commonwealth advisory aeronautical research council)高层建筑模型为研究对象,基于CAARC模型的物理特性建立了气弹性模型,用一种新的湍流脉动流场产生方法(dis-cretizing and synthesizing random flow generation,DSRFG)生成入口湍流,采用分离涡方法对该建筑进行了单、双向流固耦合数值风洞模拟。将模拟结果与风洞试验结果进行对比。结果表明:结构的气弹特性与风洞吻合,分离涡方法在模拟非定常风场有较强的适用性和准确性。考虑了流固耦合的双向有限元模型与未考虑流固耦合的单向有限元模型,在流场和风致响应方面均有较大差异,流场方面,双向模型比单向模型有着更广泛的近尾流区域;响应方面,除阻力系数外,双向模型较单向模型响应有减小趋势,其中结构顺风向也更易受流固耦合效应影响。在较低的结构阻尼下,耦合效应产生的气动阻尼对结构响应影响较大,高层建筑流固耦合效应不可忽略。

关键词：分离涡流固耦合高层建筑风致响应

外伸板对高层建筑横风向风致响应与自激力影响研究

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外伸板对高层建筑横风向风致响应与自激力影响研究

作者：娄泽辉重庆大学

学位级别：硕士

风荷载与风致振动是高层建筑设计中两个比较关键的因素,二者的降低能够提高建筑结构的安全性,同时也能够降低其建造成本。既有研究表明,在建筑外表面适当布置一些外伸板,能够在满足建筑使用需求的同时,降低建筑所受风荷载。然而,高层建... 详细信息

风荷载与风致振动是高层建筑设计中两个比较关键的因素,二者的降低能够提高建筑结构的安全性,同时也能够降低其建造成本。既有研究表明,在建筑外表面适当布置一些外伸板,能够在满足建筑使用需求的同时,降低建筑所受风荷载。然而,高层建筑在发生风致振动时,会受到由流固耦合效应所引起的自激力。这种自激力对建筑横风向振动的影响较为明显,会导致一些形式的降载设计无法有效减小高层建筑的横风向风致响应。为进一步讨论不同形式外伸板对高层建筑横风向风致响应及自激力的影响,本文针对1个无外伸板的方形平面参考模型与6个布有不同形式外伸板的模型开展了气弹模型测振实验,并对各模型的横风向响应特性与横风向自激力特性进行了对比分析。其主要内容及成果如下:1)设计了一套振动天平装置,并利用此装置对各模型开展了气弹模型测振实验,测得了其在不同风速下的横风向位移时程;随后基于所测时程结果,识别了各模型在不同风速下的横风向气动阻尼与气动刚度。2)气弹模型测振实验结果表明,外伸板在折减风速介于9与11之间时能有效减小高层建筑横风向风致响应,其中外伸长度为12.5%B(建筑迎风面宽度)、上下两层板间距为8%H(建筑迎风面高度)的连续水平外伸板能够显著降低建筑的横风向风致响应;但当折减风速大于13时,外伸板则会加剧建筑的横风向风致振动,其中外伸长度为12.5%B的不连续竖直外伸板会使建筑横风向响应出现较为明显的增大。3)各模型气动阻尼与气动刚度的分析结果表明,外伸板能够在折减风速介于8与11之间时有效增大建筑横风向气动阻尼,同时也会在一定程度上增大建筑的横风向气动刚度,从而使其横风向风致响应得到有效降低;而当折减风速大于13时,外伸板则会减小建筑的横风向气动阻尼,从而导致其横风向风致振动的加剧。4)对于采用外伸板的降载减振设计而言,气动刚度对建筑结构横风向自振频率的影响在一些情况下可以忽略不计,但气动阻尼对结构的影响应当在设计时予以考虑,尤其是在折减风速大于11时,应充分考虑外伸板引起的气动负阻尼,以保证建筑结构的安全性。

关键词：高层建筑外伸板风致响应自激力气弹模型测振实验

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气承膜结构煤棚风致响应现场实测研究

气承膜结构煤棚风致响应现场实测研究

作者：王永刚北京工业大学

学位级别：硕士

大跨度气承式膜结构具有自重轻、建筑空间大、施工速度快、经济性好等优点,近年来在储料场封闭建筑领域逐渐得到推广应用,并向超大跨度、超长方向发展。随着结构的跨度逐渐增大,气承式膜结构在计算分析理论、设计方法、制作和安装工艺... 详细信息

大跨度气承式膜结构具有自重轻、建筑空间大、施工速度快、经济性好等优点,近年来在储料场封闭建筑领域逐渐得到推广应用,并向超大跨度、超长方向发展。随着结构的跨度逐渐增大,气承式膜结构在计算分析理论、设计方法、制作和安装工艺等方面,均面临新的问题亟待深入研究。气承式膜结构的工作原理为由膜材料做成封闭空间,同时在膜材料外表面布设钢索,利用充气系统向建筑内部充气后,依托建筑内外压差以抵御外部风、雨、雪等各类荷载作用。气承式膜结构系风敏感结构,在高基本风压和复杂风环境,基于现场实测,研究该类结构在台风地区的风致响应规律,对于提升气承式膜结构在强风下的安全性能具有重要意义。本文基于课题组部署在浙能乐清电厂大跨度气承式膜结构煤棚健康监测系统的现场实测数据,深入分析了结构的风致响应特征,研究内容及成果如下:(1)基于大跨度气承式膜结构的风致响应特征,依托浙能乐清电厂项目,开发并部署了大跨度气承式膜结构煤棚健康监测系统。基于浙能乐清电厂气承式膜结构煤棚的现场条件,依托开发设计了一套适用于大跨度气承式膜结构煤棚的健康监测系统。确定了膜面控制点加速度及位移、膜面风压、拉索应变、外界气象数据的永久监测方案和监测方法,完成了传感器测点布置优化方案。根据现场的施工条件,完成了健康监测系统的部署安装,实现了多物理量的连续同步采集、自动储存数据、自动报警以及长期监测等功能。(2)基于内压升压调试,验证了监测系统的稳定性与可靠性,确定了在内压作用下大跨度气承式膜结构的膜面位移特征。在2021年“烟花”台风登陆前,基于内压调试,采集控制点位移的响应变化。同时,利用ANSYS APDL有限元分析软件,模拟分析了结构在升压降压过程中位移特征。基于现场监测结果与数值模拟分析,验证了监测系统的稳定性。同时揭示了气承式膜结构在内压作用下的位移响应规律。(3)基于2021年台风“烟花”和“灿都”作用下的实测数据,确定了大跨度气承式膜结构煤棚的风致响应特征。依托2021年9月台风“灿都”作用下的实测数据,分析了台风“灿都”下位移响应特征。同时,分别采用等效静风荷载与考虑脉动风动力荷载进行了数值模拟分析。实测数据与数值模拟分析结果表明,考虑脉动风荷载计算确定最大位移略大于实测值,但基于实测风速的等效静风荷载计算的最大位移远大于实测值。因此,对于气承式膜结构的风致响应应采用考脉动风效应的动力响应分析方法。

关键词：健康监测系统气承式膜结构实测数据分析风致响应

考虑桩-土-结构相互作用的大跨越输电塔风致响应研究

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考虑桩-土-结构相互作用的大跨越输电塔风致响应研究

作者：余杭聪浙江大学

学位级别：硕士

架空输电线路随着电力事业的飞速发展,正朝着特高压、特大跨、高耸的方向发展,土体、基础和输电塔的相互作用越来越不容忽视。本文以某385m高的特大跨越钢管塔为研究对象,通过理论分析、有限元计算和气弹模型风洞试验等方法研究考虑桩-... 详细信息

架空输电线路随着电力事业的飞速发展,正朝着特高压、特大跨、高耸的方向发展,土体、基础和输电塔的相互作用越来越不容忽视。本文以某385m高的特大跨越钢管塔为研究对象,通过理论分析、有限元计算和气弹模型风洞试验等方法研究考虑桩-土-结构相互作用的输电塔风致响应。具体内容如下:(1)为研究桩-土相互作用,建立单桩-土实体单元模型和单桩-土弹簧单元模型,考虑三种单桩-土弹簧单元模拟方法,并与某桩基计算软件进行对比,确定单桩-土弹簧单元模拟方法中p-y法结果最合理。建立群桩-土实体单元模型,与单桩-土实体单元模型进行对比,得到群桩效应系数,本文6乘以5的群桩布置方案的群桩效应系数约为0.42。(2)为研究下部结构对输电塔力学特性的影响,建立底部固支模型和包含下部结构的一体化模型,进行自重和水平风作用下的响应分析,发现一体化模型的基底弯矩大底部固支模型。开展风致脉动响应计算,发现时域法和频域法的结果非常接近,一体化模型的顶部位移和加速度比底部固支模型略大。研究不同泥面高度对一体化模型计算结果的影响,发现泥面高度越低,结构越柔,风致脉动响应越大。(3)开展底部固支模型的气弹模型风洞试验,利用离散刚度法制作输电塔的模型,采用非接触式位移视频测量仪测试输电塔模型的位移,并和有限元结果进行对比。研究发现顺风向气弹模型的风洞试验结果与有限元结果吻合较好。(4)开展考虑下部结构一体化模型的气弹模型风洞试验,采用底部弹簧的来简化一体化模型,设计并制作了底部简化的输电塔模型,通过变化底部弹簧实现不同泥面高度工况,并将气弹模型风洞试验结果和有限元结果进行对比。结果表明,基于简化模型的气弹模型风洞试验结果与有限元吻合较好;且底部简化模型的弹簧刚度越小,塔顶的位移和加速度响应越大。

关键词：大跨越钢管塔风洞试验有限元桩-土-结构相互作用风致响应气弹模型

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平单轴光伏阵列风荷载及风致响应研究

平单轴光伏阵列风荷载及风致响应研究

作者：张炜达石家庄铁道大学

学位级别：硕士

随着光伏组件尺寸的不断增大和降低发电成本的要求,风荷载成为光伏支架设计的主要参数。平单轴跟踪支架系统相比传统的固定式支架系统在发电量上有明显的提升,因此得到广泛应用。光伏阵列不同排之间存在相互干扰,仅考虑单排的设计方法... 详细信息

随着光伏组件尺寸的不断增大和降低发电成本的要求,风荷载成为光伏支架设计的主要参数。平单轴跟踪支架系统相比传统的固定式支架系统在发电量上有明显的提升,因此得到广泛应用。光伏阵列不同排之间存在相互干扰,仅考虑单排的设计方法在光伏阵列的设计中会使成本增加。在风荷载的作用下,光伏阵列易发生大幅度振动甚至破坏。故明确风向角、组件倾角等参数对平单轴光伏阵列风荷载和风致响应的影响,才能为平单轴光伏阵列设计提供准确的依据。本文以平单轴光伏阵列为研究对象,通过风洞试验对单排光伏组件和光伏阵列进行了刚性模型测压试验。编写平单轴光伏支架风致响应计算程序,研究平单轴光伏阵列干扰效应对风荷载和结构响应的影响,为平单轴光伏阵列的抗风设计提供参考。全文主要包括以下内容:(1)平单轴光伏阵列风荷载干扰效应研究。针对平单轴光伏阵列风荷载干扰效应,对单排光伏组件和光伏阵列进行了刚性模型测压风洞试验,阐明了平单轴光伏阵列风荷载干扰效应的基本特征。(2)平单轴光伏阵列风荷载取值建议。分析了倾角和风向角对平单轴光伏阵列风荷载的影响,为光伏阵列不同区域的风荷载取值提供依据。(3)平单轴光伏阵列风致响应研究。本文基于Python语言编写了平单轴光伏支架自振特性和风致响应的计算程序。通过对大量模型的计算分析,结合风洞试验获得的风荷载时程数据,分析了倾角、风向角和阻尼等参数对平单轴光伏阵列风致响应的影响。(4)平单轴光伏阵列风振系数取值建议。总结不同工况下平单轴光伏阵列风振系数,给出考虑光伏阵列不同区域、结构自振频率和阻尼等参数的风振系数取值建议。

关键词：平单轴光伏支架风洞试验干扰效应风荷载风致响应

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单层悬索光伏结构风致响应及减振措施研究

单层悬索光伏结构风致响应及减振措施研究

作者：李佳炜湖南大学

学位级别：硕士

我国进入能源转型时期,光伏行业发展迅速,近年来提出的单层悬索光伏结构较传统框支光伏结构具有用钢量少与跨度大等特点,可适用于各类复杂环境。但由于单层悬索光伏结构刚度小,自重轻,为风敏感结构,应重点考虑风荷载对结构的作用。目前... 详细信息

我国进入能源转型时期,光伏行业发展迅速,近年来提出的单层悬索光伏结构较传统框支光伏结构具有用钢量少与跨度大等特点,可适用于各类复杂环境。但由于单层悬索光伏结构刚度小,自重轻,为风敏感结构,应重点考虑风荷载对结构的作用。目前科研人员的研究多集中于单排光伏,较少涉及整体结构的风致响应,同时我国光伏规范并无关于该类型结构的说明。故本文针对该结构,研究了其整体结构的风致响应,分析了结构风致响应峰值随参数改变的变化规律,探讨了结构风振系数的取值范围,并提出了具有减振效果的新型结构形式。本文的主要研究工作如下:(1)采用ANSYS建立了单层悬索光伏结构的整体模型,计算了结构风致响应;以结构响应最值为目标,提出了简化计算模型并分析了其误差;在此基础上分析了结构主要参数改变对结构风致响应峰值的影响;从保证结构安全的角度给出了结构各主要参数的建议取值。(2)给出了单层悬索光伏结构的等效静风荷载计算方法;计算了结构内力风振系数、水平位移风振系数与竖向位移风振系数并对三者进行了比较;对比分析了结构不同位置处风振系数的变化规律;研究了不同结构参数下内力风振系数及竖向位移风振系数;比较了采用不同控制点处风振系数进行计算的静力等效结果;给出了结构风振系数的建议取值范围。(3)以降低结构风致响应为目标,提出了一种新型单层悬索光伏结构形式;给出了利用ANSYS模拟带滑轮拉索滑移的方法并验证了其准确性;在此基础上模拟并分析了新结构形式对减小结构风致响应的效果;研究了阻尼器对新结构减小结构风致响应能力的影响;对比了新结构同一拉索不同位置处以及不同拉索之间的风致响应减小幅度。

关键词：光伏支架单层悬索风致响应风振系数减振