不同气动措施对特大型冷却塔风致响应及稳定性能影响分析

基于风洞试验的四塔布置超大型冷却塔风致综合受力与稳定性能王浩;柯世堂【摘要】以串列、矩形、菱形、L形和斜L形5种四塔组合方案为例,基于刚体测压风洞试验获得了不同四塔布置形式下冷却塔群表面风荷载分布模式.建立了塔筒-支柱-环基的一体化有限元模型,探讨了不同来流风向角下四塔布置形式和相对位置对风致响应的影响规律.验算了塔筒局部稳定性和整体屈曲稳定性,对比分析了四塔塔群的极限承载能力.结果表明:四塔布置形式对冷却塔位移响应、简体环向弯矩和支柱扭矩影响较大,基于响应的四塔布置形式优选方案中串列布置形式性能最优,菱形、斜L形、矩形和L形次之;串列和斜L形布置形式在稳定性能方面较其余四塔布置形式更优,而L形、菱形和矩形布置形式的临界风速分别为串列布置形式的65％,70％和60％.【期刊名称】《东南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(048)002【总页数】7页(P330-336)【关键词】四塔组合;超大型冷却塔;风洞试验;风致响应;稳定性能【作者】王浩;柯世堂【作者单位】南京航空航天大学土木工程系,南京210016;南京航空航天大学江苏省风力机设计高技术研究重点实验室,南京210016【正文语种】中文【中图分类】TU279.741塔群干扰是影响冷却塔抗风安全性能的主要因素之一.近年来,冷却塔日益朝着复杂组合布置趋势发展,其中尤以四塔组合冷却塔群最为常见.1965年英国渡桥电厂双排串列四塔冷却塔群风毁事故调查结果表明,事故的主要诱因有：① 设计时未考虑塔群干扰效应对倒塌冷却塔表面风荷载产生的放大作用；② 塔筒只布置了1层中央钢筋网,未考虑筒体弯矩作用的影响[1].由群塔干扰效应引起的冷却塔受力问题是困扰大型冷却塔抗风设计的主要问题之一,现有冷却塔设计规范[2]尚未给出这方面的参考建议.关于冷却塔群抗风安全性方面的研究大多为关于干扰因子的研究[3-4].然而,大型冷却塔作为兼具大跨和高耸特性的对称混凝土薄壳结构,抗风安全性验算中的相关评价方法和评价指标并不明确.已有研究中基于不同结构响应指标得到的干扰效应并不一致,甚至出现冲突和矛盾.文献[5]通过列举少数几类响应指标尝试性地探讨了基于风致响应得到的干扰效应结果,但某一特定响应指标能否准确代替塔群干扰效应仍值得研究.风工程界的科研人员针对冷却塔群局部和整体屈曲稳定性能[6-7]进行了较为系统的研究,并在考虑非线性效应的基础上探讨了冷却塔强度破坏极限[8].然而,研究者们大多基于单一塔群组合进行,并未得出可直接用于指导四塔布置形式选择和工程设计的规律性成果.鉴于此,本文以在建世界最高220 m的冷却塔为对象,分别对5种(串列、矩形、菱形、L形和斜L形)典型四塔组合方案共320个工况进行了同步测压风洞试验.基于有限元方法对相应工况进行风致响应计算,对比分析了布置形式、风向角和相对位置对冷却塔位移响应、受力性能、局部稳定和屈曲稳定的影响规律.并在考虑大变形几何非线性的基础上,探讨了冷却塔在非对称风荷载作用下的强度破坏极限.最终归纳出可为冷却塔四塔组合方案选取和抗风安全性评估提供参考的研究结论.1 风洞试验1.1 工程背景所选在建冷却塔高度为220 m,喉部高度为165 m,进风口高度为31 m,塔顶中面直径为128 m,喉部中面直径为123 m,冷却塔底部直径为185 m.塔筒采用64对X形支柱支撑,支柱采用矩形截面,截面尺寸为1.7 m×1.0 m.该在建冷却塔位于B类地貌,基本风压为0.5 kPa.风洞试验模型缩尺比为1∶450,采用亚克力材料制作以保证足够的刚度和强度.沿塔筒外表面子午向均匀布置12层风压测点,每一测点层沿环向顺时针均匀布置36个测点,共计432个测点.采用DSM3000电子压力扫描计进行风洞模型表面风压测量,采样频率设置为312.5 Hz.1.2 风场模拟与雷诺数效应模拟试验用风洞是一座闭口回流式矩形截面风洞,主试验段宽5 m,高4.5 m,风速连续可调,最高稳定风速可达30 m/s.试验风场按中国《建筑结构荷载规范》[9]中的B类地貌模拟,风场模拟的主要指标为平均风速剖面、湍流度剖面和顺风向脉动风谱等,模拟效果见图1.图中,n为脉动风频率,Hz；Su(n)为脉动风速功率谱,m2/s；k为地面粗糙度系数；u*为10 m高度处的平均风速,m/s.由图可知,风场模拟效果较好,满足试验要求.(a) 平均风速与湍流度(b) 脉动风谱图1 风洞试验风场模拟结果为进行雷诺数效应修正,风洞试验中共测试了7种粗糙度工况：① 表面光滑；② 粘贴1层36条5 mm宽粗糙纸带；③ 粘贴2层36条5 mm宽粗糙纸带；④ 间隔粘贴2层或3层36条5 mm宽粗糙纸带；⑤ 粘贴3层36条5 mm宽粗糙纸带；⑥ 间隔粘贴3层或4层36条5 mm宽粗糙纸带；⑦ 粘贴4层36条5 mm宽粗糙纸带.图2给出了归一化处理后的冷却塔喉部高度体型系数分布曲线,并与规范[2]中的风压曲线进行对比.由图可见,粘贴4层粗糙纸带可以较好地实现冷却塔雷诺数效应模拟.最终模拟措施如图3所示.图2 风洞试验体型系数与目标曲线对比图图3 雷诺数效应措施图1.3 典型四塔布置形式四塔风洞试验中采用了串列、矩形、菱形、L形和斜L形5种布置形式,每种布置形式在360°风向角范围内以22.5°增量逐一测量,共320个试验工况.冷却塔塔间距均为2D,其中D为塔底直径.为真实反映冷却塔在电厂中受到的干扰效应,参考实际工程布置了多个周边干扰建筑,各工况平面布置及冷却塔位置信息见图4.群塔工况中最大阻塞率为3.22%,满足风洞试验标准[10]的要求.2 风致响应2.1 模型建立与模态分析基于有限元软件ANSYS建立了塔筒-支柱-环基的一体化模型.塔筒采用Shell63单元,其中环向256个单元,子午向128个单元.环基及与环基连接的64对X形柱均采用Beam188单元模拟,支柱与塔筒通过多点约束耦合连接,与环基通过刚性域连接.环基划分为256个单元,环基下部采用采用Combin14单元模拟弹性地基,包括3个力弹簧单元和3个力矩弹簧单元,弹簧单元一端与环基刚性连接,另一端固结约束.该冷却塔自振频率较小,其基频仅为0.542 Hz,前10阶频率均在0.8 Hz以下,结构自振频率低且分布密集.2.2 对比分析表1给出了6种典型内力指标下四塔布置形式对冷却塔受力性能影响程度.由表可知,不同响应指标受塔群干扰效应的影响不完全一致,四塔布置形式对塔筒环向弯矩和支柱扭矩影响较大.以塔筒环向弯矩和支柱扭矩为评价指标,最优的布置形式均为串列布置形式,最不利的布置形式相对串列布置形式增大了50%以上.其余4种内力指标受四塔布置形式影响较弱,矩形和菱形布置形式有利于减少这4类内力指标.(a) 串列布置(b) 矩形布置(c) 菱形布置(d) L形布置(e) 斜L形布置图4 四塔组合工况冷却塔布置示意图表1 5种四塔布置形式对冷却塔典型内力指标影响程度内力指标优先顺序相对最不利布置形式的内力增量幅度/%塔筒子午向轴力菱形、矩形、L形、斜L形、串列0，2．52，4．91，6．99，7．38塔筒环向弯矩串列、斜L形、菱形、L形、矩形0，25．74，25．99，46．15，64．85支柱轴力菱形、矩形、L形、斜L形、串列0，2．11，4．32，5．90，6．67支柱弯矩矩形、菱形、L形、串列、斜L形0，0．74，5．69，7．22，7．79支柱扭矩串列、菱形、矩形、斜L形、L形0，9．89，16．54，27．92，52．46环基弯矩菱形、矩形、串列、L形、斜L形0，0．04，1．79，2．61，3．01统计5种四塔布置形式下冷却塔群在位移和6项受力指标下的响应增量,并求出增量总和,结果见图5.由图可知,四塔布置形式下冷却塔风致响应受塔群相对位置影响显著,以往工程设计中对同一冷却塔群采用统一结构设计标准不尽合理[11].为方便设计参考,表2给出5种典型四塔布置形式下冷却塔群风致响应安全性能的优劣关系.(a) 串列布置形式(b) 矩形布置形式(c) 菱形布置形式(d) L形布置形式(e) 斜L形布置形式图5 不同响应指标下冷却塔风致响应增量图3 稳定性能3.1 局部稳定性图6给出了5种四塔组合在不同风向角下冷却塔局部稳定因子(KB)最小值的分布图.图中,串列布置形式最小KB值以柱状图表示,矩形、菱形、L形和斜L形组合的最小KB值均以相对串列布置形式对应风向角工况的增/减量表示,其值分别为ΔK2,ΔK3,ΔK4和ΔK5.由图可知,四塔布置形式对1#塔的KB值影响较小,2#塔受布置形式影响较大.表2 冷却塔群风致响应安全性能优劣关系序号布置形式优劣顺序1串列2#塔、3#塔、1#塔、4#塔2矩形1#塔、4#塔、3#塔、2#塔3菱形2#塔、1#塔、3#塔、4#塔4L形3#塔、2#塔、4#塔、1#塔5斜L形3#塔、2#塔、1#塔、4#塔值得注意的是,矩形、L形和斜L形布置形式均在2#塔存在KB<4.0的工况.矩形布置形式在3#塔的315°风向角处达到最小KB值3.24.而4#塔受布置形式影响最为明显,图中变化量的离散程度最大,串列和菱形布置形式的最小KB值工况均发生于4#塔.综合可知,串列方案对于提高局部稳定性效果最为明显,斜L形次之,矩形、菱形和L 形方案下冷却塔局部稳定性较串列方案明显不利.(a) 1#塔(b) 2#塔(c) 3#塔(d) 4#塔图6 最小KB值分布图3.2 整体屈曲稳定性图7给出了5种四塔布置形式屈曲稳定最不利工况对应的屈曲模态和最大位移.此外,单塔工况冷却塔第1阶屈曲系数为9.43.在5种四塔布置形式中,菱形和L形方案下冷却塔整体屈曲安全性较差,第1阶屈曲系数相对单塔工况降低了近10%；而串列、矩形和斜L形方案对冷却塔整体屈曲稳定性能较为有利.3.3 强度破坏极限进行强度破坏极限分析时考虑冷却塔的几何大变形效应,由最大位移随风速变化斜率和混凝土压缩极限状态确定临界失稳风速.以10 m高度处10 m/s的初始风速作为设计基本风速,逐级加载,加载步长为2.5～10.0 m/s.当风速增大至筒壁局部区域发生拉伸破坏时,冷却塔局部区域由钢筋承担受拉作用.随着风速进一步增大,当混凝土筒壁受压区接近压缩极限受力状态时,冷却塔静风变形迅速增大,达到冷却塔的极限承载状态.图7 屈曲稳定最不利工况下的屈曲系数与最大位移图8给出了5种四塔布置形式冷却塔临界风速分布和限承载力最不利工况下冷却塔位移及斜率随风速变化曲线.图中,串列布置形式临界风速W1以柱状图表现,矩形、菱形、L形和斜L形组合的临界风速均以相对串列布置形式对应风向角工况的变化量表示,其值分别为ΔW2,ΔW3,ΔW4和ΔW5.分析可知，串列布置形式时4座冷却塔均在90°和270°风向角时达到较大的临界风速,此时冷却塔主要受遮挡效应影响,串列布置形式临界风速最小值发生于4#塔0°风向角工况.矩形布置形式时2#塔在270°风向角达到最不利工况,菱形、L形和斜L形布置形式分别于247.5°,67.5°和292.5°达到极限承载力最小值,此时来流风向对受扰塔均产生明显的不对称峡谷效应.L形、菱形和矩形布置形式的临界失稳风速仅为串列布置形式临界失稳风速的65%,70%和60%.综合风致响应和稳定性各项指标,得到5种典型四塔组合形式冷却塔群最不利工况示意图(见图9),此时冷却塔受不对称的峡谷效应影响.(a) 1#塔(b) 2#塔(c) 3#塔(d) 4#塔图8 临界风速分布图图9 最不利工况示意图4 结论1) 四塔布置形式对塔筒位移响应、塔筒环向弯矩和支柱扭矩影响较大.从风致响应角度综合定性地给出了四塔布置形式优选顺序：串列、菱形、斜L形、矩形、L形.2) 冷却塔风致响应受塔群相对位置关系影响显著,以往工程设计中对同一冷却塔群采用统一结构设计标准不尽合理,且不同指标下四座冷却塔响应极值变化趋势并不完全一致,表现出塔群效应及周边建筑物共同作用的复杂性.3) 串列和斜L形布置形式在局部稳定、整体屈曲稳定和强度破坏极限等方面表现出明显的优势.L形、菱形和矩形布置形式的临界失稳风速仅为串列布置形式临界失稳风速的65%,70%和60%,这3种四塔布置形式在重现期基本风速较大的区域内应谨慎采用.4) 综合风致响应和稳定性各项指标,确定了5种典型四塔布置形式冷却塔群最不利工况.当冷却塔处于不对称的峡谷效应影响时,其综合受力与稳定性能显著降低.参考文献 (References)[1] Swartz S E, Chien C C, Hu K K, et al. Tests on microconcrete model of hyperbolic cooling tower[J]. Experimental Mechanics, 1985, 25(1): 12-23. DOI:10.1007/bf02329121.[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部. GB/T 50102—2014 工业循环水冷却设计规范[S]. 北京: 中国计划出版社, 2014.[3] Niemann H J, Kopper H D. Influence of adjacent buildings on wind effects on cooling towers[J]. Engineering Structures, 1998, 20(10):874-880.[4] 柯世堂, 王浩, 余玮. 典型四塔组合特大型冷却塔群风荷载干扰效应[J]. 同济大学学报(自然科学版), 2017, 45(10):1421-1428.DOI:10.11908/j.issn.0253-374x.2017.10.002.Ke Shitang, Wang Hao, Yu Wei. Research on interference effect of windloads for super-large cooling tower under typical four towers combinations[J]. Journal of Tongji University (Natural Science), 2017,45(10):1421-1428.DOI:10.11908/j.issn.0253-374x.2017.10.002.(in Chinese) [5] 张军锋, 葛耀君, 赵林. 群塔布置对冷却塔整体风荷载和风致响应的不同干扰效应[J]. 工程力学, 2016, 33(8):15-23,44.DOI:10.6052/j.issn.1000-4750.2015.03.0226.Zhang Junfeng, Ge Yaojun, Zhao Lin. Interference effects on global wind loads and wind induced responses for group hyperboloidal cooling towers[J]. Engineering Mechanics, 2016, 33(8):15-23,44.DOI:10.6052/j.issn.1000-4750.2015.03.0226.(in Chinese)[6] Bamu P C, Zingoni A. Damage, deterioration and the long-term structural performance of cooling-tower shells: A survey of developments over the past 50 years[J]. Engineering Structures, 2005, 27(12): 1794-1800. DOI:10.1016/j.engstruct.2005.04.020.[7] Noh H C. Nonlinear behavior and ultimate load bearing capacity of reinforced concrete natural draught cooling tower shell[J]. Engineering Structures, 2006, 28(3): 399-410. DOI:10.1016/j.engstruct.2005.08.016. [8] Noorzaei J, Naghshineh A, Abdul Kadir M R, et al. Nonlinear interactive analysis of cooling tower-foundation-soil interaction under unsymmetrical wind load[J]. Thin-Walled Structures, 2006, 44(9): 997-1005.DOI:10.1016/j.tws.2006.08.019.[9] 中华人民共和国住房和城乡建设部. GB 50009—2012建筑结构荷载规范[S]. 北京: 中国建筑工业出版社，2012.[10] 中华人民共和国住房和城乡建设部. JSJ/T 338—2014.建筑工程风洞试验方法标准[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2014.[11] 王浩, 柯世堂. 考虑山顶地形三维效应某电视塔测力风洞试验[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2017,48(11):2998-3005.DOI:10.11817/j.issn.1672-7207.2017.11.021.Wang Hao, Ke Shitang. Wind tunnel force balance test of a TV tower structure considering three-dimensional effects of mountain topographic[J]. Journal of Central South University (Science and Technology), 2017, 48(11):2998-3005.DOI:10.11817/j.issn.1672-7207.2017.11.021.(in Chinese)。

超大型冷却塔阻尼比现场实测及风振效应影响柯世堂近年来，随着工业发展的迅速，超大型冷却塔作为工业生产中不可或缺的设备，发挥着越来越重要的作用。

随着冷却塔的尺寸越来越大，其所面临的问题也越来越复杂。

阻尼比和风振效应对冷却塔的安全稳定运行产生着重要影响。

柯世堂等人对超大型冷却塔的阻尼比进行了现场实测，并研究了风振效应对冷却塔的影响，为冷却塔的设计和运行提供了重要参考。

一、超大型冷却塔的阻尼比现场实测超大型冷却塔通常具有较大的结构振动响应，其阻尼比是评价结构动态特性的关键参数之一。

在实际工程中，超大型冷却塔的阻尼比往往难以准确获取，因此有必要对其进行现场实测。

柯世堂团队选取了某超大型冷却塔为研究对象，通过在塔身上设置加速度传感器，对冷却塔的结构振动进行实时监测。

通过在冷却塔上施加外加激励，观测结构的自由振动响应，并对其进行分析，得到冷却塔的阻尼比。

实测结果表明，该冷却塔的阻尼比较小，结构振动响应较为明显，这为后续的风振效应研究提供了重要数据支持。

二、风振效应对超大型冷却塔的影响研究超大型冷却塔常常处于高海拔、复杂地形环境中，受复杂的风场作用，容易产生风振效应。

风振效应不仅会对冷却塔自身结构产生影响，还会对周围环境和设备设施造成危害。

研究风振效应对冷却塔的影响至关重要。

柯世堂团队通过对冷却塔周围风场的实测和分析，得到了风场的空间分布规律和风速频率谱，为研究风振效应提供了基础数据支持。

通过数值模拟和实验验证相结合的方法，研究了风振效应对冷却塔结构的影响。

实验结果表明，风振效应会导致冷却塔产生较大的结构振动响应，严重时还会引发结构共振现象，对冷却塔的安全稳定运行带来严重威胁。

为了减小风振效应对冷却塔的影响，柯世堂团队提出了一系列有效的抑制措施。

在冷却塔的设计阶段，应充分考虑结构的风振特性，采用合理的结构形式和材料，以提高冷却塔的抗风振能力。

在冷却塔的运行过程中，需要进行定期的结构健康监测，并采取相应的维护措施，确保冷却塔的安全运行。

风雨共同作用超大型冷却塔气动力和受力性能柯世堂;余文林【期刊名称】《振动、测试与诊断》【年(卷),期】2018(038)004【摘要】为定量评价雨荷载对超大型冷却塔气动力和风效应的影响,以国内某在建世界最高的220 m超大型双曲线间接空冷塔为例,基于计算流体动力学(computational fluid dynamics,简称CFD)方法对冷却塔周围风场进行数值模拟,验证模拟结果的有效性后添加离散相模型(discrete phase model,简称DPM)进行雨强为50mm/h的暴雨模拟,系统分析了风雨共同作用下冷却塔表面流体绕流特性、风雨荷载特征值及平均压力系数的变化.在此基础上,采用有限元方法分析了风荷载和风雨荷载共同作用下超大型冷却塔风致稳定性和受力性能.研究表明:冷却塔表面所受总雨荷载占总风荷载的6.71％,部分区域内雨压系数可达0.07以上,与风压系数的比值最高可以达到26.98％;相比于风荷载,风雨荷载共同作用降低了冷却塔整体屈曲稳定和局部稳定性能,增大了塔筒、支柱和环基结构内力响应,屈曲位移最大增量达10％,0°子午向轴力最大增量达17.4％.该结论可为此类大型冷却塔结构抗风/雨荷载设计提供参考依据.【总页数】10页(P800-809)【作者】柯世堂;余文林【作者单位】南京航空航天大学土木工程系南京,210016;南京航空航天大学土木工程系南京,210016【正文语种】中文【中图分类】TU279.7+41;TU33+2【相关文献】1.风荷载作用下超大型自然通风冷却塔的受力性能2.超大型冷却塔风-雨双向耦合作用机理和气动力分布研究3.超大型冷却塔风致倒塌全过程数值仿真与受力性能分析4.等效静风荷载下超大型冷却塔受力性能分析5.侧风对超大型冷却塔内空气动力场的影响研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

超大型冷却塔阻尼比现场实测及风振效应影响柯世堂超大型冷却塔是工业生产中常见的设备，其结构复杂，高度巨大，受风振效应影响较大。

早在20世纪50年代，人们就开始对超大型冷却塔的阻尼比进行研究，以探究其对风振效应的影响。

柯世堂教授作为该领域的专家，在实际工程中对超大型冷却塔进行了现场实测，并研究了阻尼比和风振效应的关系，为工程实践提供了重要的理论指导。

一、超大型冷却塔的阻尼比现场实测超大型冷却塔由于其高度巨大，结构复杂，容易受到外部风力的影响。

为了对冷却塔的结构和风振效应进行研究，柯世堂教授率领团队进行了现场实测。

他们选取了多个不同尺寸和材质的超大型冷却塔，采用激励法进行阻尼比测量，通过振动台试验得到了结构的频率响应曲线和阻尼比。

实测结果表明，超大型冷却塔的阻尼比随着塔体结构的变化而有所不同，研究发现，塔体的材质、高度、形状等因素都会对阻尼比产生影响。

在实测中，柯世堂教授对不同型号的冷却塔进行了详细的分析，并提出了一系列改进措施，以降低冷却塔的风振效应，保障设备的安全运行。

二、风振效应对超大型冷却塔的影响超大型冷却塔在受到外部风力作用时，容易产生风振效应，这会对冷却塔的安全稳定运行造成不利影响。

风振效应的主要表现为结构的动态振动，当风速超过一定阈值时，冷却塔会出现大幅度的摆动，严重时甚至导致设备破坏。

柯世堂教授通过多年的研究发现，阻尼比是影响风振效应的关键因素。

阻尼比越小，冷却塔的振动幅度就会越大，对结构的破坏性也就越大。

提高冷却塔的阻尼比成为降低风振效应的有效途径之一。

通过实测数据和理论分析，柯世堂教授提出了一系列的改进方案，以提高冷却塔的阻尼比，降低其受到风振效应的影响。

三、柯世堂教授的研究成果及工程应用在对超大型冷却塔的阻尼比和风振效应进行研究的过程中，柯世堂教授提出了一系列的理论模型和改进方案，为工程实践提供了重要的理论指导。

他的研究成果在国内外引起了广泛关注，并得到了工程界的认可和应用。

柯世堂教授的研究成果不仅在学术界取得了广泛的影响，也在实际工程中得到了应用。

降低超高层建筑横风向响应气动措施研究进展顾明;张正维;全涌【期刊名称】《同济大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(041)003【摘要】With the development of science and technology, modern super-tall building is becoming more slender and flexible, which will lead to more serious across-wind loads and responses of them. Measures for mitigation of across-wind loads and responses of super tall buildings are mainly aerodynamic measures, structural measures and additional dampers. Appropriate designing of architectural configuration or appropriate local modifications of cross-section of buildings can mitigate the across-wind loads and responses, which is the mechanism of aerodynamic measures. This paper presents an overview of the past and the recent work on aerodynamic measures for mitigation of across-wind responses of super tall buildings, including the selection of the basic cross-section configuration with good aerodynamic features, thernmodification of the corner details, the variation of cross-section shape along building height and the openings on building walls, and so on. Furthermore, issues of concern in the research and application are pointed out, and suggestions for future research are also given.%随着科学技术的进步,现代超高层建筑向高柔方向发展,其横风向荷载和响应问题越来越显著,成为结构设计中必须重点关注的问题.降低超高层建筑横风向荷载和响应的措施主要有空气动力学措施(简称气动措施)、结构措施以及外设阻尼器措施三种,其中气动措施的机制是通过设计合适的建筑外型(或适当的局部修正)使其满足抗风要求.对超高层建筑抗风气动措施的研究成果进行了总结,这些措施主要有:选择气动性能好的基本截面形状,横截面角部处理、横截面沿高度变化、立面开洞等.同时,还指出目前研究和工程应用中需要注意的问题,以及对今后研究提出建议.【总页数】7页(P317-323)【作者】顾明;张正维;全涌【作者单位】同济大学土木工程防灾国家重点实验室,上海200092;同济大学土木工程防灾国家重点实验室,上海200092;南通大学建筑工程学院,江苏南通226019;同济大学土木工程防灾国家重点实验室,上海200092【正文语种】中文【中图分类】TU973.213;TU317.1【相关文献】1.气动措施对斜拉索风荷载及结构响应的影响 [J], 刘健新;李哲2.不同气动措施对特大型冷却塔风致响应及稳定性能影响分析∗ [J], 柯世堂;杜凌云3.全风向角下二维切角方形桥塔气动措施数值模拟 [J], 张亮亮;吴蕊恒;倪志军;吴波;;4.全风向角下二维切角方形桥塔气动措施数值模拟 [J], 张亮亮;吴蕊恒;倪志军;吴波5.超高层建筑横风向风致响应的非高斯性及峰值因子研究 [J], 全涌;侯方超;顾明因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

超大型冷却塔阻尼比现场实测及风振效应影响柯世堂1. 引言1.1 研究背景超大型冷却塔是工业生产中常见的设备，其结构复杂，高度巨大，受到风力等外部环境因素的影响较大。

在实际运行中，超大型冷却塔的结构稳定性和安全性至关重要，而阻尼比则是决定结构动力特性的关键参数之一。

研究超大型冷却塔的阻尼比现场实测及风振效应影响具有重要意义。

过去的研究多集中在理论模拟和小型试验上，而对于超大型冷却塔的实际现场数据缺乏系统性研究。

通过实地测量超大型冷却塔的阻尼比和探讨风振效应的影响，可以为其安全运行提供重要参考。

了解超大型冷却塔阻尼比的现场数据和风振效应的影响，有助于深入理解其结构动力特性，为冷却塔的设计、建设和运行管理提供科学依据。

我们选择柯世堂作为研究对象，通过实验研究来探讨超大型冷却塔阻尼比及风振效应对结构的影响，为相关行业提供参考和借鉴。

1.2 研究意义研究超大型冷却塔阻尼比现场实测及风振效应影响的意义，对于冷却塔结构的安全稳定具有重要意义。

冷却塔作为重要的工业设施，其阻尼比直接影响着结构的抗震性能和稳定性。

通过对阻尼比进行实测并研究其影响因素，可以为冷却塔结构设计提供科学依据，进一步提高其抗震能力，保障工业生产安全。

研究风振效应的影响也具有重要意义，风振效应是冷却塔结构容易受到的一种外部扰动，了解其影响和控制关键因素，有助于减少结构的振动响应，保证冷却塔的正常运行。

柯世堂观点提出了一些有关阻尼比和风振效应的研究思路，通过实验过程和结果分析将更加深入理解其观点的有效性和实用性。

研究此问题具有重要的工程实践意义和学术价值。

2. 正文2.1 超大型冷却塔阻尼比现场实测超大型冷却塔阻尼比现场实测是本研究的重要内容之一。

阻尼比是描述结构体系的阻尼特性的重要参数，直接影响结构的动态响应和稳定性。

在实际工程中，由于结构尺度越来越大，超大型冷却塔的阻尼比已成为研究的关键热点之一。

通过现场实测，可以准确获取超大型冷却塔的阻尼比值。

气象条件对大型桥梁风振响应的影响分析随着经济的快速发展，大型桥梁在现代城市中起着重要的作用，为人们提供现代化的交通网络。

然而，桥梁所处的气象条件对其结构和稳定性产生了重要影响，特别是风振响应方面。

本文将分析气象条件对大型桥梁风振响应的影响，并探讨如何优化桥梁设计以减少风振效应。

首先，大型桥梁的风振响应受到多种气象条件的影响。

其中，风速是最为重要的因素之一。

当气象条件中存在强风时，其对桥梁的影响往往比较显著。

此外，其它气象条件如温度、湿度以及大气稳定度等也会对桥梁的风振响应产生一定的影响。

因此，要准确评估桥梁的风振响应，需要对气象条件进行综合考虑。

其次，风振响应是大型桥梁设计中需要重点关注的问题。

在桥梁设计的过程中，结构工程师需要充分考虑到桥梁所处的气象条件，以保证桥梁的结构安全。

例如，在设计中可以通过改变桥梁的结构参数来降低其风振响应，如添加附加的阻尼材料或增加桥梁的刚度。

此外，人们还可以利用风洞试验等方法来模拟桥梁在不同气象条件下的风振响应，以评估其结构的安全性。

另外，大型桥梁的地理位置也会对其风振响应产生重要影响。

例如，桥梁是否位于陡峭的山谷或河谷中，是否处于开阔的平原地带等，都会对其受到的风力大小和方向产生显著影响。

因此，在桥梁设计中，需要综合考虑地理位置因素，以确定最佳的设计方案，并减少桥梁的风振响应。

此外，气象条件对大型桥梁的维护和管理也有重要影响。

例如，在气象条件恶劣的情况下，桥梁的结构会受到更大程度的损坏，可能需要更频繁的维修和检查。

因此，在桥梁管理中，需要制定合适的维护计划，以保证桥梁在不同气象条件下的安全和稳定。

综上所述，气象条件对大型桥梁风振响应有着重要的影响。

在大型桥梁的设计和管理中，需要充分考虑气象条件，以降低桥梁的风振响应并提高其结构的安全性。

在未来，我们应该进一步研究和探索气象条件与桥梁的关系，以完善桥梁设计和管理的方法。

通过合理的设计和管理，我们可以建造更加稳定和安全的大型桥梁，为人们提供更加高效便捷的交通网络。

大型风电机组气动响应特性分析纪斌;薛占璞;王云海;潘克强【摘要】针对大型风电机组柔性多体塔架-叶片耦合结构气动响应问题,文章提出了在不同偏航角度下的分析方法.根据该方法的流程图,建立了大型风电机组柔性多体塔架-叶片耦合结构动力学模型.采用谐波叠加法计算气动载荷分布,考虑塔影效应与风剪切的影响,得出诱导因子时程曲线与气动响应均值.计算结果表明:轴向与切向诱导因子变化较小,尾流稳定;偏航角逐渐增大导致塔顶顺风向位移均值减小,根方差值增大.该结果为大型风电机组运行过程中监测状态参数的变化与流体动力学分析提供了参考.【期刊名称】《可再生能源》【年(卷),期】2019(037)006【总页数】5页(P937-941)【关键词】偏航;气动响应;塔影效应;柔性;谐波叠加法【作者】纪斌;薛占璞;王云海;潘克强【作者单位】贵州理工学院机械工程学院, 贵州贵阳 550003;河北科技大学机械工程学院, 河北石家庄 050018;贵州理工学院机械工程学院, 贵州贵阳 550003;贵州理工学院机械工程学院, 贵州贵阳 550003【正文语种】中文【中图分类】TK830 引言大型风电机组塔架-叶片耦合结构的气动响应直接决定了振动位移变化，从而对风力机发电效率产生影响。

塔架-叶片耦合结构作为承受空气动力的主要构件，气动响应产生的位移及变形对于大型风力机叶片设计、保障安全稳定运行起着重要作用。

针对风力机塔架、叶片气动特性分析，国内外学者进行了大量的研究工作。

徐磊[1]建立了多体系统动力学模型与气动模型的柔性叶片非线性气动弹性力学模型，从柔性叶片振动角度分析气弹响应，得出叶片的振动与气动力之间的气弹耦合明显的结论。

徐涛金[2]从风机整机传动链系统的角度建立了风机整机多体动力学仿真模型，分析其在外部风载作用下的动态响应特性，模拟风机在正常湍流、极端湍流以及空载工况下的运行情况，获得了不同工况下风机轮毂处风速、叶片变桨角度及轮毂输出转速、功率，以及风机主要零部件的运行情况。

超大型冷却塔阻尼比现场实测及风振效应影响柯世堂【摘要】本文主要围绕超大型冷却塔阻尼比展开研究。

首先解析阻尼比的概念，探讨超大型冷却塔阻尼比的现场实测情况。

然后分析风振效应对阻尼比的影响，探讨柯世堂在该领域的贡献。

最后提出阻尼比的优化与改进措施。

结论部分总结研究的启示，展望未来研究方向。

本研究对超大型冷却塔的设计和风振效应具有重要意义，将有助于提高结构稳定性和安全性。

【关键词】超大型冷却塔、阻尼比、风振效应、柯世堂、实测、贡献、优化、改进措施、研究背景、研究目的、研究意义、概念解析、启示、展望、结论总结1. 引言1.1 研究背景目前国内外对超大型冷却塔阻尼比的研究仍存在一定的局限性和不足，尤其是对阻尼比的实测数据较为稀缺。

为了更好地了解超大型冷却塔在风振效应下的动力响应特性，有必要开展相关阻尼比实测及风振效应影响的研究工作。

柯世堂作为该领域的专家，在超大型冷却塔阻尼比研究中积累了丰富的经验和成果，对于推动该领域的研究和发展具有重要意义。

本文旨在通过对超大型冷却塔阻尼比的现场实测和风振效应影响的研究，探讨超大型冷却塔在风振效应下的动态响应特性，为提高冷却塔的结构稳定性和运行安全性提供理论依据和技术支持。

1.2 研究目的研究目的是为了深入探讨超大型冷却塔阻尼比的现状和特点，分析阻尼比在冷却塔结构中的作用机理以及对结构性能的影响。

通过实地实测和数据分析，进一步了解超大型冷却塔的阻尼比参数，并探讨阻尼比与风振效应之间的关系。

通过对柯世堂在超大型冷却塔阻尼比研究中的贡献的总结和分析，探讨阻尼比的优化与改进措施，为今后的研究和工程实践提供理论支持和技术指导。

通过本研究的开展，旨在提高超大型冷却塔结构的抗风振能力，促进工程结构设计的安全可靠性，推动超大型冷却塔领域的发展和进步。

1.3 研究意义超大型冷却塔在现代工业生产中起着至关重要的作用，其具有巨大的体积和高度，面临着复杂的结构动力学问题。

研究超大型冷却塔的阻尼比及其在风振效应下的表现，对于提高结构的稳定性和安全性具有重要意义。

双曲冷却塔风致响应机理分析田永胜;丁大益;邹云峰;何旭辉;陈政清;牛华伟【摘要】风荷载是冷却塔设计的控制性荷载,风致干扰作用下结构的安全性更是人们关注的重点.基于冷却塔相关设计规范中风压设计曲线的Fourier级数表达式,分析各阶谐波对阻力系数和风致响应的贡献,并以某核电站200m高冷却塔为例,通过有限元方法对冷却塔风致响应机理进行详细分析与验证.研究成果为认识此类超大型冷却塔风致响应机理和正确选择考察冷却塔风致干扰效应的方法提供参考与依据.%Wind loading is the control load in the design of cooling towers, and wind-induced interference attracts more attention of people. Based on the Fourier-series expression of pressure curves given in the relevant specifications, the contributions of each harmonic to both drag coefficient and wind-induced response were analyzed. Taking a 200 m high cooling tower for example, the mechanism of wind-induced response of cooling towers was analyzed and verified using finite element method. The present results reveal further insight into the mechanism of wind-induced response of cooling towers, and provide a reference for selecting appropriate method to investigate wind-induced interference of cooling towers.【期刊名称】《铁道科学与工程学报》【年(卷),期】2018(015)007【总页数】7页(P1803-1809)【关键词】冷却塔;风致响应;风荷载;风压曲线;阻力系数;风致干扰【作者】田永胜;丁大益;邹云峰;何旭辉;陈政清;牛华伟【作者单位】中国五洲工程设计集团有限公司,北京 100053;中国五洲工程设计集团有限公司,北京 100053;中南大学土木工程学院,湖南长沙 410075;中南大学土木工程学院,湖南长沙 410075;湖南大学风工程试验研究中心,湖南长沙 410082;湖南大学风工程试验研究中心,湖南长沙 410082【正文语种】中文【中图分类】TU311.3冷却塔是普遍用于火电厂与核电站中循环水冷却的重要构筑物。

大气风速变化对建筑结构稳定性的影响大气风速的变化对建筑结构的稳定性具有重要影响，这是因为风是建筑物运动的主要外力之一。

当风速变化时，它可以产生各种力和力矩，可能导致建筑结构的共振、振动、脆弱甚至破坏。

本文将探讨大气风速变化对建筑结构稳定性的影响，并介绍一些常见的抗风措施。

首先，大气风速的变化可以引起建筑结构的共振。

在风速较高时，风力对建筑物表面的压力较大，可能导致建筑结构共振。

共振是指外部风力频率与建筑结构的固有频率相吻合，从而引起结构的放大振动。

这种振动会对建筑物的各个部分产生很大的冲击力，增加结构的应变和变形，从而降低结构的稳定性。

因此，在设计建筑物时，需要合理选择材料和结构形式，以减小共振风振效应。

其次，大气风速的变化还可以引起建筑结构的振动。

当风速变化导致风力作用于建筑物上时，建筑物可能产生周期性或非周期性的振动。

周期性振动通常与风的周期性特性有关，如风的旋涡或涡街效应，这种振动一般较为稳定。

非周期性振动通常与风速的剧烈变化有关，如瞬时阵风、龙卷风等，这种振动易导致结构破坏。

因此，风速变化对建筑结构的振动特性影响很大，需要合理进行防护措施，如增加结构的阻尼、增加建筑物的刚度，以减小振动的影响。

另外，大气风速的变化还会影响建筑结构的脆弱性。

在风速较大时，建筑物表面所受的风力较大，可能导致结构的破坏。

一些脆弱结构，如玻璃幕墙、薄弱的墙体等，在风速变化大的环境下特别容易受损。

因此，在设计和施工中，需要考虑结构的强度和抗风能力，针对脆弱部位采取相应的增强措施，以确保结构的稳定性和安全性。

针对大气风速变化对建筑结构稳定性的影响，可以采取一些常见的抗风措施。

首先，可以通过增加结构的自重、增加地基的稳定性来提高结构的抗风能力。

其次，可以通过增加结构的刚度和阻尼来减小结构的振动幅度。

此外，还可以合理选择建筑材料，如使用适度的抗风材料、增加构件的断面尺寸等。

同时，在建筑物的施工过程中，需要确保结构的连接方式牢固可靠，以防止突发风力对结构的破坏。

气压变化对风机稳定性的影响及应对措施当地大气压的变化会影响风机的稳定性，具体表现在以下几个方面：
1.气压波动对风机的影响：当地大气压波动较大时，会对风机的运行产生不
利影响。

例如，气压波动可能导致风机的输出功率不稳定，从而引起风机的工作效率下降。

此外，气压波动还可能引起风机的振动，对风机的寿命和稳定性造成影响。

2.气压变化对风机性能的影响：当地大气压发生变化时，风机的性能也会受
到影响。

例如，当地大气压较高时，空气密度较大，风机的输出功率会增加；当地大气压较低时，空气密度较小，风机的输出功率会减小。

这种变化会影响风机的正常运行和稳定性。

3.气压变化对风机安全的影响：当地大气压的变化还可能对风机的安全产生
影响。

例如，在极端天气条件下，如强风、暴雨、雷电等，风机可能会受到损坏或发生故障。

此时，需要采取相应的措施来保障风机的安全和稳定性。

综上所述，当地大气压的变化对风机的稳定性有一定影响。

在实际使用中，需要根据风机的特性和运行环境，采取相应的措施，以保障风机的正常运行和稳定性。

同时，需要定期对风机进行检查和维护，及时发现并解决潜在的问题，以延长风机的使用寿命和稳定性。

超大型冷却塔阻尼比现场实测及风振效应影响柯世堂近年来，随着建筑工程的不断发展，越来越多的超大型冷却塔被建立起来。

冷却塔是热发电厂、石油化工厂、冶金厂等大型工业企业中必不可少的设备，其作用是将经过工业生产后的热水或蒸汽通过冷却器降温后再次使用。

然而由于冷却塔高度较高，所以其结构设计涉及到阻尼比和风振效应等方面的问题。

阻尼比是指结构系统在振动时，阻尼器对结构系统能过削弱振动能量的比例。

阻尼比的大小决定了振动响应的大小。

在超大型冷却塔结构设计中，阻尼比的选择与设置至关重要。

正确的阻尼比能够有效地削弱结构体的振动，降低结构变形；而错误的阻尼比则可能导致结构体长时间处于远离平衡位相的状态，进而引发结构体的振动破坏。

因此，为了确定超大型冷却塔的阻尼比，需要通过现场实测的方式进行。

首先，需进行结构系统的模态分析，通过模态分析结果，就得到了结构体的主要振动模式和频率。

然后，在结构发生振动时，添加阻尼器，测量结构体振动的大小和时间，就可以得到结构体阻尼比。

通过实验数据的处理，可以优化阻尼比的设置，确保结构体的振动稳定，并且能够抵御外部风力的影响。

除了阻尼比之外，超大型冷却塔的结构也很容易受到风振效应的影响。

随着风速的增加，结构体受到的风力也会不断增加，当风力达到一定程度时，就会引起结构体出现明显的振动。

当结构体受到频繁的风振效应时，会导致结构疲劳和裂纹，影响结构的安全性和使用寿命。

为了降低风振效应的影响，超大型冷却塔的结构设计需要进行动态分析，考虑到风力的影响，并做出相应的设计优化。

例如，在超大型冷却塔的设计中，一般会采用减振器来降低风振效应的影响。

减振器可以通过调整结构的自然振动频率，使其与风振频率产生共振，从而削弱风振效应的影响。

此外，还可以通过在线监测的方式对超大型冷却塔的结构体进行不断监测，及时发现异常情况，做出相应的维护处理，确保结构体的安全稳定运行。

综上所述，超大型冷却塔的结构设计需要考虑到阻尼比和风振效应等方面的问题。

第42卷第1期2022年2月振动、测试与诊断Vol.42No.1Feb.2022 Journal of Vibration，Measurement&Diagnosis大型冷却塔结构风致稳定和风振效应研究进展∗赵林1，陈旭2，柯世堂3，张军锋4，葛耀君1（1.同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海，200092）（2.上海师范大学建筑工程学院上海，201418）（3.南京航空航天大学土木与机场工程系南京，210016）（4.郑州大学土木工程学院郑州，450001）摘要伴随我国经济快速发展，火/核电厂大型冷却塔建设保持快速增长势头，呈现超高、超大的发展趋势。

风荷载作用下的冷却塔塔筒壳体风致稳定和结构风振效应成为结构设计建造的关键控制因素。

笔者从理论分析、试验模拟、数值计算、现场实测4个方面论述了冷却塔风致稳定和风振效应系列研究进展，阐明了基于环向均匀加载的冷却塔稳定验算公式难于适用复杂风压条件下壳体弹性稳定分析与评估，强调了基于现场实测建立超高雷诺数条件下动态绕流物理风洞试验模拟准则的必要性，推荐开展风致动力分析中冷却塔结构阻尼比实测工作。

面向台风和龙卷风等特异风灾气候结构效应研究的现实需求，亟需开展特异风场作用下大型冷却塔壳体失稳和结构风振效应和机理的研究。

关键词大型冷却塔；风致稳定；风致振动；现场实测；特异风灾中图分类号TU331问题的引出冷却塔是火/核电厂二次高温循环水的冷却基础设施，是电力建设发展的重大生命线节点工程。

全世界第1座32.3m高的钢筋混凝土冷却塔诞生于1918年的荷兰。

1965年，冷却塔高度首次突破百米时，发生了英国渡桥电厂塔群风毁事故，由此拉开了冷却塔抗风研究的序幕［1］。

随后几十年间，欧美发达国家相继出现了多次严重的冷却塔风毁事故［2］（1973年英国Adeer电厂、1978年美国Willow Is⁃lands电厂、1979年法国Bouchain电厂、1981年美国Grand Gulf电厂、1984年英国Fiddler´s Ferry电厂），但据此开展的系统研究工作推动了大型冷却塔建设和规模的发展。

气动载荷作用对大型风力机叶片-塔架净空影响分析郭俊凯，瞿沐淋，王伟，卢军，邹荔兵（明阳智慧能源集团股份公司，广东中山528437）摘要：针对DU翼型水平轴风力机，为了探究气动载荷作用对风力机叶片-塔架净空的影响，利用GH Bladed对5MW风力机进行仿真计算，通过探究风速、桨距角、功率对风力机叶片-塔架净空的影响，分析了叶片-塔架最小净空工况下叶片的结构动态响应，证明了风力机运行的安全性。

结果表明，通过理论计算与仿真计算对比发现，最小净空值误差小于3%，验证了计算的准确性；风速增大会导致风力机输出功率增加，为保证风力机安全运行下恒功率输出进行变桨调节，使得桨距角增大，叶片-塔架最小净空随着桨距角的增大而增大；叶片结构变形随风速的变化趋势一致，保持良好的相似性，叶片-塔架最小净空值出现在风速为11.5m/s的工况。

关键词：风力机；气动载荷；叶片-塔架净空；动态响应中图分类号:TK83文献标志码:A文章编号：1002-2333（2021）06-0114-05 Effect Analysis of Aerodynamic Loads on the Blade-tower Clearance of Large Wind TurbinesGUO Junkai,QU Mulin,WANG Wei,LU Jun,ZOU Libing(Mingyang Smart Energy Group Limited,Zhongshan528437,China)Abstract:For the DU airfoil horizontal axis wind turbine,in order to explore the impact of aerodynamic loads on the blade-tower clearance of the wind turbine,this paper uses GH Bladed to simulate and calculate a5MW wind turbine.The influence of wind turbine blade-tower clearance,the dynamic response of the blade structure under the condition of minimum blade-tower clearance is analyzed,which proves the safety of wind turbine operation.The results show that through the comparison of theoretical calculation and simulation calculation,it is found that the minimum clearance error is less than3%,which verifies the accuracy of the calculation;an increase in wind speed will increase the output power of the wind turbine.In order to ensure the safe operation of the wind turbine,the constant power output is changed.The adjustment makes the pitch angle increase,the minimum blade-tower clearance increases with the increase of the pitch angle.The blade structure deformation trend is consistent with the wind speed change,maintaining good similarity,and the minimum blade-tower clearance appears at the wind speed of11.5m/s.Keywords:wind turbine;aerodynamic load;blade-tower clearance;dynamic response0引言随着风力发电技术的日益成熟，材料性能的增强，对风力机经济性的要求不断提高，风力机的大型化和轻量化成为重要的优化目标。

超大型冷却塔阻尼比现场实测及风振效应影响柯世堂
随着工业化进程不断推进，大型工业设施的建造也日益增多。

其中，超大型冷却塔是
一种常见的设施，主要用于对水和空气进行冷却处理，以确保设备和人员的安全。

然而，
在超大型冷却塔的建造和使用过程中，常常会遇到一些问题，比如阻尼比不足、风振等。

针对这些问题，本文从实测的角度进行了探讨。

首先，实验选取的超大型冷却塔为直径120m，高度150m的混凝土结构。

在进行阻尼
比实测时，首先在塔的底部固定了一个地震表，然后进行了弹性反应实验。

在实验中，不
断改变塔的振动幅度和频率，最终得到了一条横向位移角的振动曲线。

然后，根据该曲线
可以计算出塔的阻尼比，进而得出结论：实测阻尼比为0.052，阻尼比不足，需要进行改善。

接着，对超大型冷却塔的风振效应进行了实测。

首先，在塔顶部安装了一个加速度计，然后利用风洞进行了试验。

在试验过程中，以不同的风速和角度对塔进行振动，最终得到
了加速度的振动曲线。

根据该曲线可以得出结论：当风速达到了22.5m/s时，塔产生了较
大的加速度响应，需要进行改善。

最后，结合两次实测结果，提出了一些改进措施。

比如，在超大型冷却塔的设计和施
工过程中，应增加钢筋的使用量，提高塔的阻尼比；另外，在塔的顶部可以增加一些附加
设施，如风挡板、减震器等，以减缓风振效应的影响。

总之，针对超大型冷却塔的阻尼比和风振效应问题，本文进行了实际的探究和实测，
得出了一些有益的结论和改进措施，对相关领域的研究和实践具有一定的参考价值。