下击暴流作用下直立锁缝屋面系统抗风揭可靠度评估

为减少直立锁缝屋面系统在下击暴流作用下的风揭损毁事故,提出了下击暴流作用下的直立锁缝屋面系统抗风揭可靠度评估方法 . 采用大涡模拟（large eddy simulation,LES）方法来分析下击暴流作用下屋面风荷载特征,以不同的风向角为工况,得到屋面的极值风荷载大小及其分布位置. 选取屋面最不利位置建立局部仿真模型并推导了相应的失效准则和极限状态函数. 基于拉丁超立方抽样的Monte Carlo法（LHS-MCS）对下击暴流作用下的直立锁缝屋面系统进行可靠度评估. 结合常态风可靠指标以及相关规范对分析结果进行了评价. 研究结果表明：下击暴流相比常态风更易造成直立锁缝屋面系统风揭破坏,同时下击暴流作用下可靠指标仅满足规范要求的第三级安全水准,建议对重要建筑物进行直立锁缝屋面系统设计时考虑下击暴流的影响.     

基于多重性能水准的直立锁缝屋面系统风灾易损性分析

直立锁缝屋面系统作为风敏感结构，在不同等级风荷载作用下，易遭受不同程度的损伤甚至破坏. 为减少风灾损失，提出了基于多重性能水准的直立锁缝屋面系统风灾易损性分析方法. 通过建立直立锁缝屋面系统力学模型分析其失效模式以及风致破坏过程，提出以屋面板大肋边节点相对位移作为量化指标，划分并推导了三阶段性能水准及量化模型；结合概率可靠度的风灾易损性分析方法，并以某典型工程为例进行直立锁缝屋面系统风灾易损性分析. 算例结果表明，本文方法获得的易损性曲线能很好地预测直立锁缝屋面系统损伤状态，其中轻度损伤、中度损伤、重度损伤以及风揭破坏状态对应的风速范围分别为0~14.9 m/s、20~26.8 m/s、30~46.9 m/s和大于46.9 m/s，可为直立锁缝屋面系统工程设计和实践提供参考.     

轻型门式刚架结构的等效静力风荷载

针对现行规范对轻型门式刚架结构风荷载的取值没有考虑脉动风荷载空间相关性的情况,分别采用荷载响应相关法和国外风荷载规范求得门式刚架结构风荷载的分布和大小,基于与现行规范计算结果的对比分析,提出轻型门式刚架结构等效静力风荷载分布的估计方法.基于刚性模型同步测压风洞试验测得的门式体形模型表面风荷载时程数据,建立了轻型门式刚结构架有限元整体模型.通过按建议方法求出的风致响应与实际动力响应极值的对比,验证了建议的风荷载分布的合理性,计算结果表明采用该方法得到的风致响应更接近实际动力响应极值,且表达形式简洁,方便工程设计使用.     

轻钢屋面系统精细化设计方法研究

针对目前国内工程中广泛使用的直立锁缝咬合式屋面系统,在风洞试验的基础上研究提出了屋面和檩条之间连接支座的风致内力合理估计方法;开展典型屋面系统足尺试验及屋面系统对檩条约束作用的标准试验,研究风吸力作用下檩条的典型破坏模式,分析檩条内力及各因素对檩条抗弯承载性能的影响,量化典型构造屋面系统对轻钢檩条的扭转及侧向约束作用;在此基础上,提出轻钢屋面系统结构精细化设计理论与方法。研究成果可为国内直立锁缝咬合式屋面系统的设计提供参考。     

起伏地形下复杂形体大跨网格结构风压与等效静风荷载数值模拟

以大跨空间建筑结构实际工程为对象,数值模拟分析复杂形体大跨网格结构在起伏地形下的风压分布、风载体型系数和等效静风荷载.运用Fluent软件计算不同风向角下的结构风载体型系数,发现风向角对结构风载体型系数影响较大.基于谐波叠加法模拟生成风速时程并转化为风压时程,采用ANSYS软件建立结构有限元模型,施加模拟所得的风压时程和风载体型系数,分析结构风致动力效应.定义风振动力放大因子以考虑共振响应的影响,并将其与特定时刻的瞬时风压分布相结合以形成结构的等效静风荷载.数值计算分析了基于基底竖向反力最小值的等效静风荷载及其分布.     

大跨拱形结构等效静力风荷载

基于计算流体动力学(CFD)方法和有限元动力时程分析法,数值模拟脉动风特性,获取脉动风速时程,以此作为数值风洞模拟的入口边界条件.运用FLUENT软件对大跨拱形结构进行脉动风作用下结构的非稳态分析,得到作用于结构的时程风压荷载;运用ANSYS分析软件进行结构的风振响应计算,分析获得了基于结构风振响应时程的等效静力风荷载.提出多目标等效静力风荷载加权组合系数的定义,计算获得了大跨拱形结构的多目标等效静力风荷载,并验证了其计算精度.研究结果表明,在基于该方法所得等效静力风荷载作用下,结构静力响应计算结果与风振动力时程响应极值吻合.     

考虑土―结构相互作用的运转状态风电塔抗震分析

针对某陆上风电场1.5 MW风电塔结构,建立了"塔筒―基础―地基"整体三维精细有限元模型,研究土―结构相互作用对风机运转状态下风电塔结构地震动力响应的影响规律.在风机运转状态下,使用FAST程序把风速时程转化为风荷载时程输入模型,并使用EERA程序进行土层地震反应分析得到模型土层底部的地震波,作为地震激励进行输入,对风电塔进行模态分析并计算风电塔地震动力响应.研究表明,考虑土―结构相互作用效应会引起风电塔体系自振频率降低,并显著增加风电塔的结构动力响应.     

煤矿井塔结构在脉动风荷载作用下的响应分析

文章简述了风荷载特性与脉动风荷载的风速时程自回归(autoregressive,简称AR)数值模拟方法,模拟了给定风速功率谱的风速时程序列,并验证其与目标谱的一致性,从而得到作用在结构模型各节点上的脉动风荷载时程样本。以某煤矿井塔结构为例,用有限元分析软件SAP2000建立其有限元模型,并用Matlab获取了井塔结构迎风面各节点上的风荷载时程信号作为动力输入。利用SAP2000软件对结构进行模态分析,并基于时程分析方法计算结构在脉动风荷载作用下的风振响应。结果表明,AR模型能有效地模拟具有空间时间相关性的节点脉动风速时程,可为结构的安全性设计或结构的改造提供参考和依据。     

围护结构非高斯风压时程的峰值因子

大跨屋盖边缘区域风荷载表现出明显的非高斯特性,为确定非高斯风压时程的极值风压,并与传统的风荷载理论所采用的峰值因子法相衔接,采用Hermite矩模型将非高斯风压时程变换为高斯时程,计算高斯时程的峰值因子,然后通过逆变换得到非高斯时程的峰值因子.通过对大跨鞍型屋盖的风洞实验数据进行处理,得到不同工况下屋面各测点的峰值因子,并对其特性进行系统分析.实测负向峰值因子与计算峰值因子的对比结果表明,计算峰值因子具有较好的计算效果.     

风力机塔架-叶片耦合模型风致响应时域分析

基于风力机塔架-叶片耦合模型,采用改进的叶素-动量理论模拟了考虑平稳风修正、叶片旋转效应和空间相干性的风力机气动载荷,并基于有限元方法对该耦合模型进行了动力特性分析和风致响应时域计算.基于目标响应时程探讨了风力机塔架-叶片耦合系统在随机风荷载作用下的动力响应特性,并与不考虑叶片影响的风力机塔架风致响应进行对比分析.研究表明,在进行风力机的抗风设计时,应该考虑塔架-叶片的耦合作用.     

机场航站楼金属屋面敞开式檩条风荷载分布

基于缩尺比模型的风洞试验不易直接测试细小构件上的风荷载,借助数值风洞技术,通过建立建筑及其屋面檩条的空间模型,精细划分局部网格,获得不同风向角下屋顶敞开式檩条构件的风荷载分布.结果表明,敞开式屋面檩条构件受斜风作用更为不利,同时水平向的切向力比垂直向吸力更为显著,是构件抗风计算中不可忽略的重要部分.屋顶檩条风荷载分布具有明显的规律性,在屋面的尖角区域最大,因为该区域屋面曲线弧度最大,气流在该位置产生了较强分离对流,从而形成了较强的垂直向风吸力和水平切向力;在屋面的外侧区域风荷载也较大,与建筑边缘区的气流分离直接相关;在屋面的内侧区域明显较小且分布较为均匀.通过增加将檩条底部封闭的气动措施可以有效地减小屋面外侧区域檩条极值风荷载20%以上,但对屋面内侧区域的檩条效果不明显,建议将初始檩条底部敞开设计方案优化为在建筑边缘区域檩条底部封闭.     

大跨度屋面风压分布拟合公式及风荷载取值

风流经大跨度屋面结构时会产生复杂的气流分离及再附着，因而大跨度屋盖表面的风压分布较为复杂，从迎风前缘区域到尾部的风压变化 梯度很大，这使得仅仅采用一个体型系数很难反映屋面的风荷载。为了既简洁而又准确地表达屋面风荷载，提出了风压分布的二维几何平面拟合方法及拟合公式，并进一步提出了二维几何平面及风向角的三维拟合方法及拟合公式。最后根据屋面风压分布规律，将屋面分成9个区域并给出各区域的风压系数。     

多工况下兆瓦级海上风电齿轮箱均载性能优化设计

针对兆瓦级海上风电齿轮箱行星级均载性能易受到时变非扭载荷影响的问题，该文提出了多风速工况下风电齿轮箱行星级均载性能优化方法。通过建立某型5 MW海上风电齿轮箱系统动力学模型，分析不同风速工况对其行星级内部激励和均载特性的影响规律，进而采用支持向量回归方法，重构风速工况齿轮修形参数均载系数之间的映射关系，建立考虑不同风速工况影响的齿轮箱行星级均载系数优化模型，实现多风速工况下行星级齿轮修形参数优化设计。研究结果表明：由风速工况变化造成的时变非扭载荷会使行星级的齿面和轴承出现偏载现象，并且在低风速工况时非扭载荷会显著降低行星级均载性能；优化后的风电齿轮箱在不同风速工况下其行星级内部激励均明显降低，齿面和轴承载荷分布更加均匀，均载性能得到明显提升。     

大跨曲面屋盖风洞试验通用数据处理软件的开发

基于Windows平台，开发了大跨曲面屋盖风洞试验数据处理的可视化通用分析软件。介绍了针对脉动风压测试过程中的信号畸变处理方法、风压试验数据的表示形式、积分计算整体和局部气动力系数、软件的界面设计、基本的使用功能以及针对具体结构类型所采用的一些提高试验效率简化试验过程的措施，还采用神经网络方法对已测的风压系数数据进行精细化处理以准确地求取整个屋盖结构风荷载的完整特性。所开发的软件已经受多个大跨屋盖建筑物风洞试验的检验，在该类结构物风洞试验中发挥着非常重要的作用。     

基于独立变桨距控制的风轮减载策略

为减小风切变、塔影效应以及湍流风等因素引起的风轮不平衡载荷,在分析风切变、塔影效应以及湍流风模型的基础上,提出了一种基于方位角和载荷联合反馈的独立变桨距控制策略。结合方位角权系数分配环节和叶根挥舞载荷反馈PID控制环节,分别调节每支叶片的桨距角,实现风轮减载控制。基于GH Bladed平台的仿真结果表明,与统一变桨距控制相比,所提独立变桨距控制策略可有效减小风轮不平衡载荷,不仅适用于风切变和塔影效应引起的载荷波动,在湍流风影响时也能起到较好的抑制作用。     

山区峡谷桥梁抗风设计基准风速取值与风荷载计算

国内山区峡谷区域的桥梁一般具有高墩大跨的特点,作用在主梁及墩上的风荷载会很大,确定桥梁的设计基准风速与风荷载就变得十分重要.结合某连续刚构箱梁桥算例,对比《公路桥涵设计通用规范》和《公路桥梁抗风设计规范》中对主梁横桥向风荷载计算的规定,指出两部规范的差异,为山区峡谷桥梁抗风设计提供理论依据;通过联系现有研究和规范分析了设计基准风速的确定,并结合某桥算例分析了各自算法的合理性,从而确定采用现有研究的方法计算山区桥梁设计基准风速,并按《公路桥梁抗风设计规范》规定计算山区桥梁的静阵风荷载更为合理.     

网壳风压分布特性试验研究

通过对广东省大学生运动会游泳馆网壳的风洞试验 ,分析研究了网壳结构的风压分布特性 ,并对看台曲面屋盖和游泳池波浪形盖板两种不同结构形式的网壳的风荷载特性进行了比较 ,当气流在弯度较大的屋盖上流动 ,加速较充分 ,屋面呈现较大负压 ,具有较大的升力系数 .不同形式网壳的风压分布的特点为结构工程师进行网壳结构的抗风设计提供了参考和启发 .     

风力发电结构在风沙荷载激励下的动力响应分析

为研究风沙荷载对风力发电结构的危害,对风力发电结构进行风沙荷载作用下的动力响应分析.基于某2 MW风力发电机,建立不考虑风机叶片、考虑叶片旋转以及考虑土-结构相互作用的三种有限元模型.采用Dav-enport风速谱和谐波叠加法模拟脉动风速时程,利用动量守恒定律和风沙流密度建立风沙荷载力学计算模型.通过ANSYS分别模拟...     

电网最优负荷削减的动态校正域及Ward等值模型

为提高电网可靠性评估效率,提出一种基于动态校正域及Ward等值的最优负荷削减模型。首先,为求取过载线路的有效校正区域,根据Wood Bury矩阵变换推导了节点交叉权重的解析表达式,基于此给出了动态校正域的计算流程;其次,为反映动态校正域外部网络的影响,提出计及等效平衡节点的静态Ward等值方法,实现了外部网络的灵活等值;最后,构建了基于动态校正域的最优负荷削减模型,从而将常规负荷削减计算由全网整体优化转换成动态校正域中的一系列小规模逐次优化,降低了优化计算规模,提高了可靠性评估计算效率。对RBTS、IEEE-RTS79和IEEE-RTS96系统的仿真结果验证了本文模型的有效性和快速性。