特高压输电塔线体系气弹模型设计与风洞试验

针对特高压输电线路塔线体系风致响应较大的特点,以某输电塔线工程为原型,按照空气动力学弹性相似准则,设计制作了输电线路塔线气动弹性模型,进行了多个风向角、多个风速下单塔与塔线体系在紊流场中的风洞试验.试验结果表明,对于跨度不大的塔线体系,较低风速下(风速约<20-25 m/s)塔线中塔的加速度要高于单塔,当风速继续增加时,单塔的加速度将超过塔线体系.塔线体系总的风振响应需要考虑塔线耦合作用的影响.     

刚性模型风洞试验确定大跨屋盖结构风振系数的多阶模态力法

风流经过大跨屋面时,由于气流分离在屋面的大部分区域产生强大的吸力,并引起柔性屋面结构的振动,因此大跨屋面结构抗风设计需考虑风振响应和风振系数.本文根据振型迭加原理,提出了利用刚性模型风洞试验确定大跨度柔性屋盖结构风振响应和风振系数的多阶模态力法,并推导了风振响应和风振系数的计算公式.该方法可以考虑高阶振型的贡献.通过与气动弹性模型风洞试验结果以及直接时程法相对比,发现多阶模态力法能够得出令人满意的结果.     

格构式塔架三维动力风荷载的风洞试验研究

通过底座天平测力风洞试验,测量了三种典型的格构式塔架(输电塔、通讯塔和电视塔)的顺风向、横风向和扭转向动力风荷载。由于模型本身的质量不够轻、刚度不够大,一阶共振力的影响不可忽视,本文作者推导了消除模型一阶共振影响的实用公式,进而得到格构式塔架顺、横、扭三维广义荷载谱和均方根广义力系数。最后,本文分析了这三种格构式塔架的动力风荷载特征,得到了几点重要的结论。     

基于双POD模型的大跨屋盖多模态随机风致响应研究

讨论了具有空间相关三维随机风荷载的数学模型.风荷载的准确模拟是结构进行风致动力响应分析的第一步,POD法提供了一种高效、准确的风荷载模拟方法.本文根据双POD模型和Monte Carlo模拟法,详细研究了空间相关三维风场的数值模拟方法,模拟的风场与实际较为一致.结合随机离散法和多阶模态加速度法的原理,详细推导了大跨屋盖风致响应与风振系数的计算方法.通过大跨屋盖刚性和气弹模型风洞试验,得出高阶振型对大跨屋盖结构的风致响应的贡献不可忽略,并计算了屋盖的风致动力响应时程.研究了大跨屋盖表面荷载风振系数和位移风振系数的分布,结果与有限元分析较为吻合,证实了本文提出的方法是一种高效、准确的大跨屋盖风致响应计算方法.     

基于半刚性模型风洞试验的锅炉塔架风振分析

对于开展高频天平测力试验的半刚性模型,在进行传统的频域内结构风振分析之前,需要对高频天平测力得到的试验数据进行修正。从达朗贝尔原理出发,通过假定原型塔架振型与物理模型振型之间的转换关系,运用模态叠加法,推导得出了半刚性模型天平测力数据的多阶广义风荷载谱修正公式。利用新得到的修正公式,发展了基于半刚性模型天平测力风洞试验的塔架结构风振分析方法。开展了某实际超大型锅炉塔架的天平测力风洞试验,对天平测力数据进行了修正,结合锅炉塔架的有限元模型,并完成了锅炉塔架的风振分析工作,验证了锅炉塔架设计的抗风安全性。     

特高压八分裂导线尾流驰振研究

由于多分裂导线的子导线排列密集,尾流引起的驰振问题可能会严重危害输电系统的安全运行。为研究特高压八分裂导线的尾流驰振特征,通过风洞试验测量了八分裂导线各子导线的气动力系数随风攻角的变化情况,可以看出：由于子导线之间尾流的干扰,八根子导线的气动力系数存在较明显差异,尤其是当子导线处于上风子导线的尾流区时,作用于其上的阻力会明显下降;同时,利用 ABAQUS 有限元软件模拟研究了档距分别为308 m和405 m 的两条八分裂孤立档线路的尾流驰振过程,基于该数值模拟结果,可以分析得到：八分裂导线尾流驰振存在一个临界风速,当风速小于临界风速时,没有发生尾流驰振现象;当线路发生尾流驰振时,子导线的运动轨迹近似为椭圆;在相同风速下,大档距线路的尾流驰振幅值大于小档距线路。     

斜拉桥拉索风雨激振理论模型和机理研究

斜拉桥拉索风雨激振的机理研究是国际风工程和桥梁工程领域的著名难题。本文设计、制作了可方便调节拉索模型倾角和风向角的试验装置以及用于测压试验的带人工雨线的拉索模型,并在风洞中进行了细致的试验。试验得到了具有典型倾角的拉索在不同风向角下,拉索和水线模型上的平均风压和脉动风压系数,以及气动力系数。在此基础上,建立了拉索风雨激振新的理论模型,计算分析了节段三维拉索的风雨激振响应及其机制。     

临界雷诺数区准椭圆形覆冰导线风压特性研究

采用刚性模型进行测压试验,得到了不同雷诺数下准椭圆形覆冰导线的风压分布规律,通过对比平均风荷载、脉动风荷载及风荷载谱等参数,分析了雷诺数对风荷载以及横风向驰振稳定性的影响。当雷诺数达到临界区,与亚临界区的对应值相比,平均阻力系数下降、平均升力系数随风向角变化幅度大且在某些对称工况产生横风向平均升力系数;平均风压系数分布对风向角等参数更为敏感。旋涡脱落由亚临界区的规则脱落变为不规则脱落,周向风压相关性减弱,特征频率消失。临界区内平均升力系数急剧的下降段使得结构更易发生横风向驰振。     

大跨越输电塔线体系风振响应频域分析及风振控制

以规划中的世界第一高塔--舟山大跨越输电塔为工程背景,在以往工作的基础上,针对塔线耦合体系背景响应与共振响应各自的特征,进一步研究了塔线体系风振响应的频域简化分析方法.通过与单塔风振响应的比较,明确了塔线耦合作用对两种响应分量所造成的不同影响.与时域方法计算结果的对比表明,采用频域分析法,不仅可以获得准确的风振响应,同时提高了求解的计算效率.以简化分析法为基础,选取粘弹性阻尼器为被动耗能装置,采用多目标优化的混合遗传算法计算得到了塔线体系的风振控制方案,并通过理论计算与气弹模型风洞试验对该方案的风振控制效果进行了验证.     

水泥工厂窑尾塔架风荷载风洞试验研究

为获得窑尾塔架在实际风场下的真实风荷载，本文通过风洞实验对水泥厂窑尾塔架在大气边界层流场中的风荷载进行了研究，并详细介绍了风洞试验中的风场模拟、模型设计、测量方法和数据处理方法。试验结果合理可靠。本研究为实际窑尾塔架的结构设计提供了更真实的风载系数并为水泥厂窑尾塔架的优化设计，减少工程造价提供了详实的依据。     

强台风登陆过程大跨桥梁风特性特征及其抖振响应分析

台风环境条件的风场特征对沿海大跨桥梁结构的风致响应影响显著.结合强台风黑格比(0814)的登陆演变全过程风场逐时记录数据,对台风气候条件下的实测近地平均风特性(平均风速、风向角和风攻角)和脉动风功率谱进行了统计分析,研究了中心过境强台风的风场演变特征.随后分别采用规范谱和实测台风谱对位于台风影响区内的一座大跨斜拉桥(主跨448?m)进行了三维风致抖振响应分析,研究了台风演变过程中桥梁结构抖振响应特征.采用实测台风谱计算的桥梁抖振响应与仅考虑规范谱的结果差异显著.进一步研究了来流大攻角效应对桥梁抖振响应的影响,结果显示,结构竖向和扭转抖振位移分别为仅考虑规范谱响应结果的204.12％和264.87％,横向位移增加67.27％.研究表明:强台风气候条件下,来流大攻角和高频湍流能量卓越的脉动风速对桥梁抖振响应影响突出.因此,关于桥梁风致抖振的相关研究亟需慎重对待,并应加强桥梁风致安全评估.     

垭口地貌要素对风速分布规律影响的风洞试验研究

输电线路微地形气象灾害的调查研究显示,垭口地貌影响下的输电线路风偏闪络事故多发。鉴于垭口地貌不同位置处的风剖面分布规律尚不明确,借助风洞试验,研究了垭口地貌的山丘坡度、谷口宽度等地貌要素对山谷及山脊中轴线上风速分布规律的影响。风洞试验结果表明：与平地风速相比,山谷中轴线及山丘峰顶处风速的最大加速幅度分别达到了33％和53％,明显大于规范规定的10％,容易造成垭口区域内输电线路风偏闪络或倒塔;山谷中轴线风速修正系数随两侧山丘坡度增加而增加,随谷口宽度增加而减小,提出了符合这一规律的计算公式;山谷中轴线上,下风侧风速加速效应略强于上风侧;垭口两侧山丘山顶处风速未受垭口地貌影响,风洞试验测得风速修正系数与单体山丘拟合公式的计算结果基本一致;设计时可统一偏于保守地取用山丘顶部的风速修正系数对平地风速予以修正。     

三角形截面高柔结构横风向振动的风洞试验研究

本文介绍了正三角形截面高柔结构模型在均匀流场和湍流场中三种迎角下的横风向风振响应风洞试验结果，分析了三角形截面高柔结构的横风向涡激振动现象与驰振危险性，获得了一些数据和结论。     

覆冰导线群的静气动力特性

本文工作针对电力线路严重驰振区的实际情况，系统地进行了三分裂覆冰导线的气动力特性测试。试验结果给出两类曲型覆冰导线模型截然不同的气动力特性，详细分析了多导体电力线路子导线尾流间的相互作用和冰厚、风速等因素对气力特性的影响。     

大跨度桥梁斜风作用下抖振响应现场实测及风洞试验研究

基于现场实测和全桥气弹模型风洞实验,对大跨度桥梁在斜风作用下的抖振响应进行了研究。在西堠门大桥上安装了GPS位移测量系统和加速度传感器,对桥梁在施工和成桥阶段的风速、风压和抖振响应进行了同步现场实测。然后设计1∶124的全桥气弹模型,进行了该桥在正交风与斜向风作用下的抖振响应风洞试验。对现场实测数据和全桥气弹模型风洞试验结果进行了对比分析,实测数据与风洞实验结果吻合较好。分析结果表明大跨度桥梁在斜风作用下的抖振响应幅值可能达到甚至超过同等风速正交风作用下的响应值。因此,大跨度桥梁抖振响应分析中考虑斜风的作用是非常有必要的。通过对本桥在斜风作用下抖振响应的现场实测和全桥风洞试验结果的研究,得出了一些关于斜风作用下大跨度桥梁抖振响应的有益结论。     

1000kV特高压钢管构架雷暴冲击风致振动响应研究

1000kV钢管构架属于风敏感结构,风与结构的相互作用十分复杂,风荷载常常是设计的主要控制荷载。本文以某一特高压钢管构架为工程背景,详细研究了冲击风风场的数值模拟方法,应用Wood竖直风剖面方程与Holmes经验模型模拟平均风场,以及使用稳态高斯随机过程模拟冲击风脉动风场,使得模拟的风场与实际的雷暴冲击风较为一致。利用精确的有限元模型,获得了结构的自振动力特性,在时域内得到了构架风致振动响应时程。研究了结构位移平均值、位移均方根值和加速度均方根值的分布特点,同时计算比较了不同风场时构架典型节点的风振系数。通过研究,揭示了1000kV钢管构架的风致振动特性,结果可作为构架结构抗风设计的参考。     

铁塔——输电线的地震响应分析

输电线路由输电线和输电塔两部分组成。输电线的架设一般有两种：悬垂型和张拉型。悬垂型是通过绝缘子将电线和铁塔相连，而张拉型则将电线与铁塔连接。目前，对输电塔的设计均单独进行，而输电线只作外荷载进行考虑。本根据实际情况，计入输电线的影响，同时将输电塔本身进行简化，     

典型高耸细长结构全仿弹性模型的风振研究

以三种典型细高结构为研究对象，采用全仿弹性模型，进行了外形、质量分布、雷诺数和风结构等不同参数条件下的风洞实验。用应变仪测量了每种模型根部弯矩，通过计算，分析了模型风振响应的基本特性以及风振过程的混沌特性。     

带人工雨线的斜拉桥拉索模型测压试验研究

斜拉桥拉索风雨激振是当今国际风工程和桥梁工程研究人员非常关注的问题.为了掌握风雨激振时拉索的气动力特性,研究人员对风向角为0°时带人工雨线的拉索模型进行了测力试验.但至今人们尚未测量过风向角不为0°时带人工雨线的拉索模型上的气动力.本文设计、制作了可方便调节拉索模型倾角和风向角的试验装置以及用于测压试验的带人工雨线的拉索模型,并在风洞中进行了细致的试验.试验得到了具有典型倾角的拉索在不同风向角下,拉索模型上的平均风压和脉动风压系数,以及气动力系数.这些结果为建立精细的理论模型提供了基础.     

多分裂子导线气动力系数风洞试验研究

为研究多分裂子导线气动力系数随雷诺数和风向角的变化规律,设计制作了模拟真实导线表面粗糙度的二、四、八分裂导线的刚性模型,进行了不同风速和风向角下的高频测力风洞试验,并与国内外已有结果进行对比。结果表明:雷诺数对多分裂子导线阻力系数的影响和单导线是不同的;来流上游子导线对尾流处子导线产生遮挡作用,尾流处子导线阻力系数随遮挡距离的减小而减小;尽管随着湍流度的提高,遮挡效应对阻力系数的影响被削弱,尾流处子导线阻力系数有所增大,但遮挡效应依然明显,子导线尾流干扰对阻力系数的影响不可忽视,建议规范在考虑遮挡效应后增加对子导线阻力系数的规定。