猫头型输电杆塔下击暴流风荷载模拟研究

研究了猫头型输电杆塔下击暴流风荷载模型。首先采用确定性-随机性模型,将下击暴流风速视为确定性时变平均风速和调制随机非平稳脉动风速的组合。采用Oseguera模型建立了下击暴流平均风速模型,进一步的假定下击暴流脉动风服从高斯分布,将其表示为幅值调制函数和高斯随机过程的乘积。在此基础上采用谐波叠加法模拟了下击暴流风荷载,通过引入FFT变换可以极大地提高数值模拟的效率。以南方某实际猫头型输电杆塔为工程背景,研究了其下击暴流风荷载的特点和规律。结果表明:下击暴流近地面风场中风速随着高度的增加而增大。下击暴流的风速与距风暴中心的距离相关,测点位置距下击暴流风速的径向距离越大,下击暴流强度越小。输电线路的下击暴流风荷载强度显著,将对结构体系的服役安全造成较大威胁,因此应充分考虑下击暴流所引起的灾变效应。     

下击暴流风荷载的数值模拟

下击暴流是危害输电塔等高耸结构安全的主要强风荷载.由于目前缺乏实测的下击暴流相关数据及其统计特性,因此在前人基础上探讨了下击暴流强风荷载的数值模拟方法 .在将下击暴流分解为一个确定的时变平均成分和一个调制非平稳的脉动成分的前提下,研究了平均成分的特点和模拟方法,并采用引入FFT变换的改进的谐波叠加法来模拟调制非平稳的脉动成分.最后模拟了作用在某输电塔结构上的下击暴流荷载时程.     

下击暴流作用下输电导线的动力响应研究

通过采用Oseguera模型,建立下击暴流的风速模型,同时建立基于三节点索单元的输电导线非线性有限元分析模型。在此基础上以某实际大垂度输电导线为工程背景,采用Newmark-β法研究了输电导线的下击暴流风致响应的的特点和规律。结果表明:在下击暴流风荷载作用下输电导线的动力响应非常显著,输电导线的下击暴流风致效应主要由纵向风荷载控制,其纵向荷载作用所引起的结构动力响应占据了结构总响应的绝大部分。     

考虑损伤的输电塔下击暴流作用下的结构安全评定模型

输电塔为高耸结构,具有柔度大、阻尼小的特点,对风载荷非常敏感,易发生振动疲劳损伤和极端条件下的倒塌破坏。因输电塔在下击暴流作用下的倒塌事故近年来屡见不鲜,故对在役输电塔结构进行下击暴流作用下的安全评定显得非常重要。根据已有的资料归纳出下击暴流的风暴特征,并从风工程的角度确定了下击暴流的风载荷值。为了模拟输电塔在役状态,分别对其可能出现的螺栓脱落、拉杆塑性疲劳断裂、压杆失稳3种损伤进行了ANSYS有限元分析,进而得出考虑损伤的输电塔有限元模型,为输电塔安全性研究提供参考。     

实测下击暴流风场特性分析

目前下击暴流风场特性的研究大多是围绕风速模型和部分风场特性展开,较少涉及风场特性与平均风速之间的关系、不同风场特性之间的相关性以及与大地边界层近地风特性的比较研究.基于下击暴流实测风速数据,运用滑移平均法提取下击暴流的时变平均风速,进而获得脉动风速.在此基础上,研究下击暴流的紊流度、紊流积分尺度和阵风因子的特性,并分析...     

非线性风切变信号处理与控制算法研究

针对微下击暴流风切变会对飞行器造成严重危害的情况,分析了微下击暴流风切变的成因和Vicroy数学模型,为了使飞机有效避开微下击暴流风切变危险区,结合空气动力学和飞行力学,提出了飞行控制算法,并与传统的控制算法进行了对比分析;仿真结果表明,提出的控制算法能较好地实现路径控制,并优于传统的PID和SOFNN控制算法。     

一次下击暴流天气的多普勒雷达资料分析

利用多普勒雷达基本反射率、径向速度资料以及径向速度计算的风切变结果,对一次典型的下击暴流天气过程进行了分析.结果发现：强对流单体合并加强形成弓状回波,在弓状回波前沿反射率因子梯度大值区产生下击暴流,造成地面强风灾害;下击暴流过程中,中层以上一直存在强度不断增大的径向风辐合,为系统发展提供动力支持;下击暴流发生时,底层会出现相应的径向风辐散,是地面大风的直接反应;高低层垂直切变反映了强对流单体内部风场配置结构为底层有较强的暖湿入流、高层有明显的上层出流、中层以上升气流为主,这样的流场配置正是一般强对流单体中的常见特征.     

下击暴流作用下低矮建筑风荷载大涡模拟

采用大涡模拟方法,研究非稳态雷暴风作用下低矮建筑的风荷载特征,分析下击暴流的不同发展阶段中建筑物所在的径向位置、屋面坡度和风向角等参数对建筑风荷载的影响. 结果表明：下击暴流各发展阶段风荷载效应差异显著,当气流冲击地面后形成的首个环形涡掠过建筑时,建筑表面风荷载最大;当建筑物处于不同径向位置时,环涡经过建筑物形成的瞬态风压与同样位置处稳态射流作用下的风压差异较大;屋面坡度对迎风面风压系数分布影响较小,但对迎风侧屋面风压系数分布的影响非常显著,随着屋面坡度的增大,迎风屋面风压系数由负值逐渐变为正值;建筑物迎风前沿角部区域的风压系数受风向角的影响较为明显,在所测试的工况中,风向角为45°时影响最为显著.     

非平稳极端风作用下大跨桥梁瞬态风致效应分析

为了研究非平稳风场瞬态效应对风致桥梁响应的影响,基于Hilbert谱进行全桥非平稳风场模拟,采用Cholesky分解嵌入风场空间相性,并引入2-D阶跃响应函数建立了考虑瞬态效应的非平稳风致桥梁抖振响应分析方法。通过下击暴流和台风实测数据提取Hilbert谱,从而高精度地重现真实下击暴流/台风风场。依托某大跨度悬索桥进行非平稳抖振响应分析,探究了非平稳风场瞬态效应对桥梁气动力和抖振响应的影响。研究结果表明：下击暴流风场表现出显著的非平稳特征,时变平均风致瞬态效应明显改变了风-桥耦合系统的气动特征,使阶跃响应函数呈现出显著的时变性,进而影响大跨度桥梁的抖振响应;而在台风风场中,时变平均风致瞬态效应并不显著,对气动力和桥梁抖振响应的影响几乎可以忽略。     

级配碎石混合料及其基层的抗剪性能

为了研究级配碎石基层在路面结构中能否发生剪切破坏,对级配碎石基层材料抗剪强度及在路面结构中的剪应力进行了对比研究;应用高精度静三轴仪对选定的级配碎石进行振动成型和击实成型的抗剪强度研究,揭示不同成型方法对抗剪强度的影响,采用有限元分析典型路面结构在标准荷载作用下剪应力的大小,明确级配碎石基层发生剪切破坏的可能性;三轴试验表明振动成型级配碎石过渡层的抗剪强度为0.17 MPa,击实成型的为0.14 MPa,振动成型试样比击实的抗剪强度提高20%;剪应力分析表明:水平荷载在级配碎石基层中产生的最大剪应力在0.04~0.05 MPa;级配碎石的抗剪强度是最大结构剪应力的3.5倍,级配碎石基层在高等级沥青路面结构中产生剪切破坏的可能性很小.     

Pressure distributions on prism-shaped buildings in experimentally simulated downburst

Wind loading is one of the most significant factors in civil engineering that influences the structural design considerably.In this paper,a group of manufacturing equipments for downburst simulation based on impinging jet model was developed for investigating the wind loads on structures:including the centrifugal air bellows to generate airflow,a movable platform to realize multiple locations of the building and a freely rotatable turntable to implement alterable building angles.Hundreds of transducers were used to measure the wind action on all surfaces of the building.The pressure coefficients calculated from the observed data were utilized to evaluate the downburst wind load.Pressure distributions on three prism-shaped building models with different placements and angles were investigated to obtain the maximum wind action and mean pressure coefficients.The results showed that the maximum pressure coefficient would reach 1.0 on the top surface if the downburst just broke out over the edifice.Considering that the building was in the developing field of the downburst,the top and the front surfaces would be under high wind pressure and only the back surface would endure wind suction.When the downdraft happens away from the prismatic building,all surfaces,except the front surface,would subject to suction with different degrees.It was also found that the pressure coefficient on the right surface would get its negative peak at first and then go straight up to 0.6 as the angle changed from 0°to 45°and the wind pressure on the front surface would decrease slightly through the whole process.The assertive results provide elemental data for structural wind-resistant design in civil engineering for the downburst-prone areas.     

雷暴风三维脉动风速场数值模拟

基于壁面射流模型,将雷诺应力模型（RSM）计算得出的Reynolds应力张量引入Letchford谱和Panofsky谱,利用大涡模拟（LES）计算得出的脉动风速结果对其进行验算.对偏差较大的风谱函数进行进一步修正,得到与LES计算结果较吻合的自功率谱函数.结合随机流场生成技术和快速傅里叶变换技术,提出满足不可压缩条件和点相干函数的适用于雷暴风三维脉动风速场的高效的数值模拟方法.为了验证该方法的合理性,选取流场中水平径向风速较大处在高度方向上逐点生成三维脉动风速,对每个点的模拟结果从自功率谱函数和时间相关函数两方面进行验证.模拟值与目标值的吻合效果良好,说明采用提出的方法可以高效、准确地模拟出雷暴风的三维脉动风场.     

雷暴冲击风作用下高耸输电塔风振响应

基于考虑雷暴移动的冲击风风场模型,将非稳态高斯过程的冲击风脉动风速表达为稳态高斯过程和调幅函数的乘积,联合运用FFT算法和谐波叠加法模拟了冲击风水平方向脉动风速.通过风洞试验得到输电塔风载体型系数.采用准定常假设,并考虑到风向不断随雷暴的移动而改变,提出了作用于输电塔的雷暴移动冲击风风荷载模型.采用Runge Kutta法分析了输电塔在冲击风荷载下的风振响应.针对冲击风过程的非稳态特性,采用多样本统计方法定量分析了输电塔响应动力放大作用,着重探讨了不同尺度的冲击风对输电塔风致响应的变化规律.冲击风尺度变化对输电塔响应影响较大,但对动力放大系数影响不明显.当冲击风的最大风速为60 m/s时,位移动力放大系数为1.4左右.     

强震下混凝土结构渐进倒塌性能分析与设计新进展

对重大工程结构进行强地震作用下的渐进倒塌全过程分析并建立相应的设计方法已成为当前地震工程领域的发展趋势．现行抗震设计规范中针对结构临界倒塌状态的界定、抗倒塌性能与倒塌机制的评估方法等方面已不能适应发展迅速的结构性能优化设计理论和日趋复杂的建筑使用环境的要求．围绕结构渐进倒塌过程分析、相关设计规范或指南、结构抗渐进倒塌性能及其设计以及结构渐进倒塌地震损伤性能评估4个方面的最新研究进展进行了回顾,并指出了其中存在的一些问题．     

雷暴冲击风对输电塔的作用特征

基于Chen和Letchford的冲击风风场模型和准定常假设,提出了作用于输电塔的雷暴移动冲击风风荷载模型。对某一实际工程中的典型输电塔结构建立空间有限元模型,分析冲击风风荷载对输电塔的作用特性,得到了冲击风作用过程中输电塔构件内力及其随时间的变化,并与设计中采用的典型大气边界层风荷载作用进行了比较;对冲击风风场模型参数进行了敏感性分析,研究了风场变化对输电塔作用的影响。     

爆炸灾后建筑结构性能评价及修复加固研究进展

在爆炸荷载作用下,建筑结构会产生不同程度的损伤,甚至可能发生连续性倒塌。建筑结构性能评价是爆炸灾后重建阶段结构处置与修复加固方式选择的重要依据,是指在爆炸发生之后,考虑建筑爆炸损伤,对建筑结构的残余性能进行分析和评定。经过几十年的发展,建筑结构抗爆研究已经成为一个热门研究方向,许多学者开展了诸多相关研究,但现有研究成果大多为爆炸发生前的防护设计与分析。为了促进该领域更加全面深入的研究,为灾后重建工作提供技术支持,对爆炸灾后建筑结构性能评价涉及的一些关键问题进行详细的介绍与总结,并对可行修复加固技术的相关研究及应用进行总结与评述。经过多年发展,学者们建立了用于结构构件爆炸损伤评估的超压—冲量曲线和残余承载力评估公式,提出了建筑爆炸损伤等级及受灾区域划分方法,并在碳纤维布加固修复钢筋混凝土结构方面积累了丰富经验,但目前关于灾后建筑结构性能评定及修复的研究仍处于起步阶段,距离实际工程应用还有较大差距。     

底层框架-混凝土多孔砖房屋抗震性能试验研究

底层框架-上部砌体结构是一种经济实用的结构体系,特别适用于砌体结构房屋对底层大空间的功能要求．自20世纪80年代以来,国内相关单位对底层框架结构展开了一系列研究,其中底层框架结构的抗震性能是研究的重点,抗震试验多采用小比例模型振动台试验方法．而对于新型墙体材料-混凝土多孔砖来说,这方面的抗震研究还较少,采用小比例模型试验也存在制作上的困难．以新型墙体材料-混凝土多孔砖为对象,通过抗震试验研究其底部框架结构的抗震性能．研究结果表明：虽然底部框架结构是一种抗震不利的结构体系,但是通过合理的设计,该结构体系能够满足建筑抗震设计要求．     

在役建筑结构的剩余寿命预测

讨论有关在役建筑结构寿命的若干概念,利用在役结构抗力衰减研究的最新成果,在将在役建筑结构截面抗力看成一非平稳随机过程和定义结构服役可靠度的基础上,根据截面效应约束极限状态,直接计算在役结构的服役可靠度,并基于可接受的最低服役可靠度,提出了在役建筑结构剩余寿命计算的新方法,从而为在役建筑结构的全寿命优化决策奠定了基础．