雷暴冲击风下输电塔风振特性试验研究

基于自主开发的试验装置,在常规边界层风洞中实现了大比例稳态雷暴冲击风剖面的模拟,并以输电塔气弹模型为研究对象,采用非接触式位移测量仪测量模型的风振响应,分析了不同类型雷暴冲击风场下输电塔的平均位移特性,并与常规B类风场下的风振特性进行了对比。试验结果显示,输电塔的风振响应均以两个方向的一阶弯曲振型为主,扭转响应和高阶弯曲响应不显著。随风速增加,不同风场下输电塔位移响应均呈抛物线趋势增大,最大风速处于塔头部位的冲击风场引起的输电塔位移响应明显高于最大风速处于塔身中部冲击风下的响应值,B类风场下的响应介于两类冲击风场间,且不同风场下位移响应间的差距也随风速增加不断增大。     

覆冰输电导线流固耦合风致振动多软件协同数值解耦计算方法研究

输电导线高度不断增加,跨度增大,覆冰导线其横截面不对称,这些因素都造成了导线在风场作用下形成升力和扭矩,进而使得导线振动幅度显著增大;与此同时,由于导线具有柔性性质使导线产生的大变形会对来流风场造成显著影响,而风场的变化又会导致风荷载的变化,从而风与其所引起的结构运动之间就形成了流固耦合作用。本文基于输电导线气动力拟合函数,提出了一种协同运用ANSYS与MATLAB软件,进行冰风载荷下输电线路塔线体系流固耦合振动的并行解耦数值计算方法,用于对冰风环境下的输电塔线结构进行动力学时程分析。数值分析显示考虑流固耦合因素的影响时导线最大位移更大,在输电塔线结构的安全性能分析中必须加以考虑。     

覆冰输电塔线体系风载荷影响因素分析

输电塔线体系属于强非线性耦联系统,具有高柔度、大跨度、风敏感等特点,对其在风载荷作用下的非线性静态响应分析研究在结构设计和实际线路中具有重要的理论和工程价值.建立了以猫头直线塔为基础的"三线两塔"输电塔线体系耦合有限元模型,考虑结构自重载荷、覆冰载荷、导线张力和风载荷的组合作用下对输电塔线体系进行非线性静力学分析,重点研究了风向角、覆冰风攻角和风速对输电塔线体系静态承载能力的影响,归纳总结了相应的影响规律.     

220kV高压输电线路风偏有限元模拟研究

利用ABAQUS/CAE建立了220kV架空高压输电线特征段线路有限元模型,模型中包括子导线、绝缘子串和间隔棒等,并采用考虑随高度变化的Kaimal谱和Davenport相干函数,运用谐波合成法数值模拟风场,进而采用ABAQUS软件完成该特征段线路的风偏响应时程分析.将计算得到的在不同基本风速随机风荷载作用下的风偏响应统计结果,与现行设计规程中悬垂绝缘子串风偏角简化方法的计算结果进行比较,讨论了现行架空高压输电线路杆塔塔头设计时风偏角计算方法的不足.     

下击暴流风场中格构塔风载荷特性研究

下击暴流引发的结构破坏在世界各地都有发生,而我国相关的设计规范尚未考虑这种强风载荷。针对下击暴流天气下角钢格构塔的风载荷特性问题,通过求解NS方程,获得了全尺度下击暴流风场的风速剖面分布;首次采用结构化网格生成技术,针对一个典型的角钢格构塔单元节段模型进行了网格划分;根据计算所得到的不同位置的风速剖面,研究了格构塔的风载荷特性,得到了角钢格构塔在下击暴流风场中0.5D+100m、0.5D+250m、0.5D+500m、0.5D+1000m、0.5D+2000m、0.5D+3000m、0.5D+4000m位置处所受风载荷的情况(其中D代表入口直径)。结果表明计算得到的风载荷体型系数与GB50009标准规定值吻合良好。本文验证了对于格构塔这种复杂结构外形采用结构化网格进行CFD数值模拟的可行性,为以后整体塔架的数值模拟奠定了基础。     

冲击载荷下导线覆冰脱落过程的数值模拟

采用ABAQUS有限元软件建立输电线路有限元模型,模拟研究单档覆冰导线在冲击载荷作用下的除冰过程。覆冰破坏采用拉伸破坏准则,利用ABAQUS的用户材料子程序VUMAT,定义覆冰的本构关系并实现覆冰破坏单元删除的判定。进一步模拟研究在不同冲击载荷幅值、线路档距和覆冰厚度等条件下的除冰率,结果表明:除冰率随冲击载荷幅值的增加而增大;覆冰厚度和档距越小,除冰率越大;连续档线路需要更大的冲击载荷才能达到较好的除冰效果。所得结果可以为机械式除冰装置的设计提供参考。     

脱冰工况下特高压直流输电线路耐张联板动态响应分析

耐张联板作为连接输电线路和绝缘子的重要构件,研究其在脱冰工况下的动态响应特性对保证输电线路安全稳定运行具有重要意义。通过搭建两种典型的特高压直流输电线路耐张段模型,以输电线路的脱冰振动作为荷载来源,对耐张联板的动态响应及屈曲特性进行分析。最后通过试验验证,测量耐张联板的受力以及屈曲状态,评估耐张联板屈曲的临界值。结果表明,耐张联板在脱冰工况下的动态响应特性及屈曲特性主要受输电线路沿线载荷影响,最剧烈的振荡发生在脱冰现象的前20 s内,并且在耐张档脱冰工况下会发生最严重的屈曲变形,应力载荷主要集中在螺栓孔包围的梯形区域内。研究结果为耐张联板的结构优化设计提供了参考依据。     

某商业街区建筑风压及风环境数值模拟

针对上海市某商业街区建立了简化物理模型,采用离散化的数值模拟方法对该街区风场进行三维模拟研究.首先采用CAARC标准模型进行可行性验证,探讨了流体力学数值模拟的适用性和精确度.然后对该街区风场及建筑物的风场进行了数值模拟,分析了由于狭长T字型建筑布局而引起的巷道风效应.最后,讨论了街区群楼间间距及建筑布局等因素的改变对风场和风荷载的影响.研究结果表明,商业街区规划时应避免巷道风效应,并建议将行人高度风环境纳入考虑的范畴.     

特高压输电线路V型绝缘子串动力学特性数值仿真研究

针对特高压输电线路使用的V型绝缘子串结构安全问题,用SAP2000软件对特高压输电线路V型绝缘子串串线耦合结构进行了动力学分析。首先,建立了基于索单元的两线一串等效有限元分析模型;其次探讨了绝缘子串的失效准则,提出了绝缘子串轴力和导线悬挂点位移是考量绝缘子串安全性的两个指标;然后,通过静力学分析研究了V型绝缘子串夹角变化对结构安全性的影响;最后用AR法生成随机脉动风场,通过风振响应分析研究了V型绝缘子夹角、风速、风攻角对绝缘子串最大轴力、导线最大张力和导线悬挂点的影响,指出了在设计绝缘子时应当综合考虑选取最优方案。本文研究结果为特高压输电线路V型绝缘子串结构安全设计与校核提供了分析依据和设计建议。     

输电线路爆破除冰动态特性

为研究输电线路爆破除冰效果及动态特性,进行了50 m孤立档输电线路爆破除冰模型实验,采用人工覆冰方式,通过引爆预设在输电线下侧的导爆索去除部分线路覆冰,测量了爆破除冰过程中三种输电线档中位移和端部动张力,并将爆破载荷简化为三角波载荷,利用有限元软件ABAQUS对实验工况进行了模拟验证;进一步利用模拟方法研究了爆破除冰量为20%时除冰位置对跳跃幅值和动张力的影响。结果表明:对于雨凇,爆破作用只会引起输电线爆破区域的覆冰脱落;爆破除冰时跳跃幅值和动张力幅值均大于相同位置自然脱冰,而随除冰位置的变化趋势与自然脱冰相似;与导线相比,地线光缆的跳跃幅值受爆破作用影响更显著。     

锥形涡诱导下建筑物顶面风荷载

通过风洞模拟实验，研究了在锥形涡诱导下建筑物顶面风荷载的特性. 针对一个立方体形模 型，给出了在不同风向角下压力分布的系统结果，进而分析了产生这样结果的原因和流动机 理，以及建筑物顶面的分离流动结构随风向角改变而改变及其演化过程，并指出锥形涡的出 现是建筑物顶面局部出现峰值负压的主要原因. 实验结果还显示，在一定风向角下，由于分 离流动产生的锥形涡结构在屋顶局部可以诱导出时均负压峰值达$-1.0$以上；在风向角 $\beta =30^\circ$时，锥形涡强度达到最大，其诱导的顶面附近局部时均负压峰值可 达$-2.4$, 瞬时风压达$-5.7$以上，是导致建筑物屋顶在强风下损坏的根本原因.     

白洋淀内水体的流动特征研究

研究了风对白洋淀内水体循环流动的影响，研究指出：(1)风应力可看作是水体循环 的主要驱动力. (2)在风应力的作用下，水体表层的流动主方向与风的方向一致，下层水体 的流动方向与表层方向相逆或近似相逆. (3)表层以下水体流动复杂，次表层水平流动有明 显的双涡结构. (4)淀底地形对水体垂向流动影响很大，垂向速度变化复杂，垂向上有双涡 流动现象. 从动力学角度研究了淀内水体流动的情况.     

大跨度脊谷式膜屋盖风载分布的实验研究

基于台州某风雨操场脊谷式张拉膜屋盖缩尺模型风洞试验的数据结果,选取典型测点,研究了屋面迎风前缘、过渡区及中轴区的平均风压和脉动风压系数的分布特性。同时,鉴于屋盖的不规则曲面造型,表面风压梯度变化较大,采用单一体型系数反映屋面风载已不能满足要求。文中在结合屋盖自身复杂体型和风压分布特征基础上,按各榀各边片将屋面划分为不同区域,对5个不利风向角下的区域体型系数进行统计分析,并给出各区域体型系数建议取值。最后,针对这类体型屋盖特点和风压分布特性,得出一些结论和建议,为进一步研究该类屋盖的风荷载特性和结构抗风设计提供了依据。     

Y型柱体绕流特性及风荷载

通过风洞实验研究了二种典型尺寸的二维Y型柱体在不同风向角下的绕流特性及风荷载。实验结果表明:当风向顺Y型柱体某一肢时主要是来流脉动引起柱体较弱横向振动;当风向顺Y型柱体两肢分角线时则由涡脱落而引起柱体强烈的横向振动。来流湍流度的增加使脉动升力和阻力都大幅度增加,然而却使涡脱落引起的振动相对减弱。     

杭州大剧院风压分布的风洞试验研究

杭州大剧院外观造型新颖独特，由一个近似为椭球的双曲面屋盖和一个倒置的圆锥面玻璃幕墙相交形成大剧院的主体建筑的外轮廓．本文结合该主体结构的抗风设计要求，制作了1：200刚性模型进行结构表面脉动风压平均风压分布的风洞试验研究，详细介绍了风洞试验及数据处理方法，讨论了在不同风向角下椭球面屋盖和圆锥面玻璃幕墙的风压分布．为了便于整体结构设计，本文根据结构的实际情况对椭球面和圆锥面进行分块并给出相应的分块风压数据，最后根据各风向角下的风压分布特征给出了整体结构抗风设计的最不利风向角．     

风荷载对高烟囱爆破倾倒偏转角的影响

从高烟囱余留支撑体截面的中性轴方程出发,推导顺风荷载与横风共振共同作用下,高烟囱定向爆破倾倒偏转角的修正公式,研究不同风级（4~6级）、不同切口角（190°~220°）、不同风向角（0°~180°）对爆破倾倒偏转角的影响规律,并对最大偏转角的绝对值和产生条件进行讨论,最后以南昌电厂210m高烟囱的爆破参数设计和触地防护过程为例进行验证。计算表明,对于高耸烟囱,考虑横风共振后倾倒偏转角显著增大,是顺风引起偏转角的4~5倍;风级一定的条件下,存在最不利风向角,致使烟囱产生最大偏转角;最大倾倒偏转角随着风力等级的增大而增大,随着切口角的增大而减小。     

平屋盖风压分布的数值模拟

基于Reynolds时均N-S方程和RSM模型对平屋面的风压分布进行了数值模拟,在此基础上系统研究了风向角、跨高比、地面粗糙度、风速等因素对屋面风压分布的影响,探讨了结构周围流场的绕流特性,最后根据屋面的结构形式及风压分布特点将屋面进行分区,给出了屋面在不同风向角下的分区风载体型系数以供工程设计参考。     

屋面光伏板风荷载特性数值分析

风荷载在屋面光伏阵列结构体系设计中起控制作用。采用计算风工程的方法分析讨论了屋面光伏板的风荷载特性。数值算法采用分离涡模拟方法。数值计算结果与现有风洞实验数据的比较,验证了本文方法的正确性。考虑影响光伏板风荷载的因素主要有光伏板在屋面上的安装位置、安装倾角、光伏阵列之间的距离和风向等。计算结果表明,屋面处脱落的涡对安装在不同位置的光伏阵列风荷载的影响较明显。当倾角由15°增加到45°时,电池板受到的风荷载随着倾角的增加而增大。在一定阵列间距范围内,光伏板风荷载主要表现为前排对下游光伏板的遮挡影响。本文方法与结果能为屋面光伏建筑结构设计提供重要参考。     

双曲面屋盖的平均风压特点

通过风洞模拟实验对双曲面形屋盖的平均风荷载特点进行了研究.文中给出了屋盖的平均风荷载随风向角改变的变化特点和规律,特别讨论产生这些特点的原因及其流动机理.结果表明,在所有风向角下,双曲面屋盖除了在位于下游的边缘的挑檐位置外,都是负压分布.局部负压最大值主要出现在迎风挑檐的边缘部分.虽然屋盖的局部负压峰值随风向角改变,位置和数值变化都很大,然而,作为屋盖整体,平均风压平均值随风向角的变化很小.有关结果为类似建筑项目的风荷载设计和相应规范的制定和修改提供了有用的信息和材料.     

敞开式大跨空间桁架结构风荷载分布特性研究

敞开式空间结构的桁架由于直接受气流作用，其流场空间分布复杂，风荷载确定困难，且风洞试验受模型缩尺比限制难于获取桁架结构上的气动力．借助数值风洞技术，利用高性能计算平台，本文数值求解了敞开式桁架结构的空间流场及风荷载分布．敞开式空间桁架结构整体风荷载表现为水平向为主，竖向不显著的特点，该点与封闭式桁架结构整体通常表现出竖向较强吸力作用明显不同．敞开式空间桁架结构整体风荷载对风向角表现并不敏感，其原因在于敞开式空间桁架的流场多处分离且相互干扰严重，其整体特征紊流不易在某个风向角下特别占优．