摘要：输电塔是典型的风敏感结构,易受下击暴流极端强风的影响,导致输电塔倒塌、线路受损等风害故障频发,造成巨大的经济损失。为分析下击暴流作用下输电塔倒塌破坏的原因,根据马鞍山地区一次下击暴流事故中的实测气象数据,以事故中整体倒塌破坏的羊角型直线塔为典例,建立“一塔两线”有限元分析模型,分析下击暴流0°、45°、60°、90°风向角作用下输电塔体系的动力响应,探究下击暴流不同风向角作用下羊角型直线塔-线体系的受力特点、薄弱部位及破坏机理。研究结果表明:90°风向角是直线塔-线体系抗下击暴流作用的最不利工况,是导致直线塔-线体系倒塌破坏的主要原因。下击暴流作用下羊角型直线塔-线结构体系的倒塌破坏是塔腿主、斜材失稳所引起,在抗下击暴流设计时应加强塔腿部位。

摘要：对流天气引起的下击暴流已经成为我国中东部地区输电线路风灾破坏的主要原因。下击暴流风场的特异性造成现有规范无法适用,开展下击暴流输电线路设计风荷载的研究成为提高电网安全性亟待开展的课题。介绍了下击暴流的数学风场模型并用于计算输电线路风荷载,采用非线性有限元方法对杆塔受到的导线风荷载开展了风场及线路结构参数分析,着重考察了最大导线风荷载对应工况。研究结果表明:(1)直线塔与耐张塔最大横向荷载值相同,但后者最大纵向荷载值显著大于前者;(2)直线塔的最大横向荷载和纵向荷载塔位分别出现于八跨输电线路的端部和次端部直线塔,耐张塔则出现于四跨输电线路;(3)最大导线风荷载与出流直径、中心相对位置、塔位及跨数密切相关,均存在特定的最不利工况。通过对风荷载影响因素和分布规律的总结,最终给出了三种代表性最不利导线风荷载工况的归一化风场参数,为输电线路抗下击暴流导线风荷载的合理取值提供了数据支撑。

摘要：设计并制作了圆形马鞍面大跨屋盖结构缩尺模型,利用冲击射流装置展开下击暴流模拟试验,根据不同径向距离和风向角设计试验工况,得出屋盖风压系数,探究了不同径向距离和风向角下圆形马鞍面屋盖的风压分布规律。通过改变建筑宽度设计椭圆形马鞍面屋盖,并分析了两种屋盖风压的异同点。得出结论如下:(1)圆形马鞍面屋盖的高点连线上的最大风压随径向距离的增加先增加后减小,在1.25D时达最大,其风压系数为-0.81;(2)风向角对圆形马鞍面低点区域的风压影响很大,当来流正对低点区域时,迎风面风压增长较快,且变化梯度很大;(3)椭圆形马鞍面屋盖受建筑物狭长形态的影响,其高点连线上距屋盖中心1/3L处及低点迎风区的测点风压略大于圆形,结构设计时需对这些区域进行加强。

摘要：设计制作了菱形马鞍面大跨屋盖结构缩尺模型,通过风洞试验探究了下击暴流作用下菱形马鞍面屋盖表面风压特性。探究了冲击射流装置到模型的径向距离和风向角对屋盖上不同区域平均风压的影响,试验结果表明:最大分区平均风压系数出现在径向距离为1.25D_(jet)(D_(jet)为喷口直径)、风向角为0°的工况;来流方向上屋盖檐口的3个区域平均风压系数随径向距离增大先快速增大后减小,其他分区的平均风压系数随径向距离增大先增大后趋于平稳;风向角对各区域的平均风压影响都很大,其中风向角为0°时屋盖表面产生最大分区平均风压且迎风点处风压变化梯度大;角区和边区的风载体型系数均较大,最大值达到−2.75。

摘要：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.

摘要：下击暴流在近地面形成的短时破坏性强风会对建筑结构造成较大威胁,尤其是输电塔-线体系等风敏感结构。依托实际工程,该文建立了输电塔-线体系有限元模型,采用确定性-随机性混合模型生成下击暴流风场,基于Tian-Ma-Qu本构模型模拟了该结构在下击暴流作用下的连续倒塌过程。结果表明,下击暴流下输电塔表现为在极短时间内的局部大变形,该区域大量斜材和少量主材相继屈曲是导致输电塔发生整体倒塌的主要原因。该输电塔的薄弱部位是第六节间,在抗下击暴流设计中应重点关注。

摘要：风荷载是超大型冷却塔结构设计的控制荷载,现行规范风压分布模型均针对良态风气候,缺乏下击暴流等特异风作用下的风场作用机理与风荷载分布模型。首先,采用冲击射流模型和大涡模拟(large eddy simulation,LES)技术模拟下击暴流三维非定常风场,分析了涡环运动、风速变化等风场特性;然后,以内蒙金山电厂228m世界最高冷却塔为例,揭示了处于风场不同径向位置处超大型冷却塔流场特性、风压系数瞬态分布,以及升/阻力系数分布特征;最后,与规范良态风作用下的考虑极值风效应的包络风压进行对比分析。研究表明:下击暴流发生过程中会产生一系列径向移动、反向旋转的气流涡环,各径向位置处风速随之呈现波动变化趋势;涡环撞击塔筒在迎风区外表面和背风区内表面形成高压区,在塔筒内部和背风面尾流区形成漩涡;塔筒内、外表面时程风压系数脉动趋势明显,底部区域受涡环影响震荡显著;冷却塔升力系数基本为0,层平均阻力系数自塔顶沿塔高方向逐渐增大,在塔底达到最大值;涡环对冷却塔的冲击作用极有可能引起瞬时极值风荷载超出规范良态风限值,进而易引起结构的破坏。

摘要：为实现下击暴流风场高精度数值模拟,基于冲击射流模型开展稳态下击暴流数值模拟,引入网格滑移技术实现下沉气流移动效应的模拟,研究下击暴流移动过程中的风场演变规律;提出以实测数据为目标的下击暴流模拟参数优化方法,将目标风速时程抽象为若干特征点,通过模拟特征点与目标值的误差建立目标函数;将代理模型引入下击暴流模拟参数优化的过程以提高计算效率,并通过数值模型计算设计样本点响应来训练代理模型;通过5组测试算例验证Kriging模型的代理精度和参数优化方法的可行性,采用所提出的优化方法以安德鲁斯空军基地(AAFB)所监测的下击暴流风场为目标进行模拟参数优化,并基于此参数进行数值模拟。研究结果表明:下沉气流喷口速度Uj、喷口移动速度UT和环境风速Ub的相对值是影响下击暴流平均风速时程时变特征的关键因素;在参数优化过程中引入代理模型替代数值模型参与优化迭代,极大地提高了参数优化的效率;基于最优参数进行数值模拟,显著提高了下击暴流数值模拟的精度。

摘要：针对大跨空间结构在下击暴流作用下破坏规律尚不明确的问题,本研究分析了下击暴流作用下K8型单层球面网壳结构的破坏模式与失效规律。基于确定性-随机性混合模型模拟了下击暴流风场,其中平均风的模拟采用Wood竖向风剖面模型和Holmes经验模型,脉动风的模拟则采用自回归模型。基于向量式有限元分析方法,考虑结构的几何非线性、材料非线性及构件断裂准则,对下击暴流作用下不同矢跨比的网壳结构进行弹塑性时程分析及连续倒塌过程模拟。通过研究矢跨比分别为1/3、1/5与1/7时,结构节点位移幅值的变化及下击暴流平均风荷载与总风荷载对结构破坏模式的影响,探究单层球面网壳结构在下击暴流作用下的失效规律。研究结果表明:下击暴流作用下单层球面网壳结构的失效主要是由结构杆件屈曲所致,且平均风的影响占主导地位,决定着结构的破坏模式,而脉动风则使得结构响应加剧,破坏时间提前。此外,随着结构矢跨比的增大,结构的体型系数与受风面积随之变化,进而影响结构的破坏模式,使其由局部杆件渐进式屈曲失效的模式向结构整体瞬时失效的模式转变。研究成果可为大跨空间结构的抗下击暴流设计提供参考。

摘要：下击暴流是强对流天气下的一种局地极端风,具有尺度小、风速大、突发性等特点,是导致输电线路风灾破坏的主要原因之一。开展下击暴流风冲击作用下输电塔风振响应的计算理论研究具有重要的意义。论文依据时变平均风和非平稳脉动风场的理论模型,给出移动下击暴流冲击风荷载在时域及频域表达式;继而基于随机振动理论,推导建立了输电杆塔非平稳脉动风振响应的频域解析方法,再通过首次超越极值理论,给出了非平稳下击暴流作用下输电杆塔响应极值的精确分布。进一步,论文探讨了将原有不同步非平稳下击暴流脉动风激励视为同步且慢变过程近似结果的精确性,并在此基础上提出了平稳等效的极值分布和峰值因子的实用简化计算方法。论文采用随机样本的有限元瞬态动力分析结果,检验了上述频域理论方法的精确性。研究表明:该文提出的非平稳响应极值分布的理论解精确性高、同步慢变激励简化得到的等效平稳方法计算便捷且结果略偏保守。该文研究为推动建立输电杆塔抗下击暴流设计体系提供了计算理论基础和技术支撑。