椭圆管单管拱架日光温室结构性能分析

为探明椭圆管单管拱架日光温室的结构性能,该研究以北京地区风雪荷载为例,选取8、9、10 m三种常见跨度的日光温室为研究对象,依据国家标准《农业温室结构荷载规范》和农业行业标准《日光温室设计规范》确定日光温室的建筑剖面尺寸以及荷载作用形式,主要研究日光温室在屋脊不同位置设置拉杆时,随着拉杆位置的不同,在保证结构安全的前提下,针对拱架两端与基础和后墙的不同连接形式、不同跨度以及不同的屋脊形式建立结构计算模型,运用3D3S软件计算分析拉杆设置位置的变化对单管拱架的内力影响。计算发现,不论拱架与后墙采用哪种连接形式,当拱架与基础采用固接时,设置拉杆时拱架的应力比系数最小为0.974,其余均大于1.0,此种连接形式都应避免设置拉杆;当拱架与基础采用铰接时,设置拉杆时拱架的应力比系数大部分小于1.0,应尽量增设拉杆;在拱架与基础采用铰接连接、与后墙采用固结连接时,不同跨度日光温室增设屋脊拉杆的作用效果呈现曲线变化态势,9 m跨度的日光温室设置拉杆后的应力比系数最小,为0.90,因此推荐温室的跨度以9 m为宜;对尖屋脊和圆弧屋脊日光温室拱架的内力分析发现,建议如果不设屋脊拉杆,温室的屋脊形式应尽量做成圆弧形,而设置屋脊拉杆后可将屋脊做成尖屋脊。该研究成果可为椭圆管单管拱架日光温室的结构设计提供理论支撑。     

温室基本风压取值方法探讨

风荷载作为温室主要活荷载,直接影响着温室结构的安全性和经济性.基本风压是计算风荷载的基础,在温室设计中,基本风压的取值长期以来沿用工业与民用建筑的荷载规范,存在许多不合理因素.2002年发布的<温室结构荷载规范>中对基本风压的规定与1987年的建筑规范完全相同,仍然未能体现温室这种特殊建筑的特征.该文根据温室特点对基本风压的取值方法进行了探讨,对<温室结构荷载规范>中基本风压所规定的重现期、风速测量高度、风速平均时距值进行了修正:将重现期由原来的30年改为5～30年,时距由10min改为瞬时～10 min,高度由10 m改为3～7 m,并根据部分地区的风速资料采用统计学中的极限概率模型--极值Ⅰ型分布模型计算出这些地区温室基本风压的修正值.     

连栋塑料温室气动天窗系统设计

天窗系统是连栋塑料温室的必要装备之一，它对温室的正常生产及经济效益有重要的影响。为实现现代连栋温室天窗系统开闭与开度的自动化调控，设计了一种快速、安全、可靠、低成本的气动天窗系统以克服目前通用的齿轮齿条系统的弊端，并讨论了气动天窗系统的原理、各级风速下的天窗荷载以及驱动气缸的负载特性，探讨了该系统可行性和特点。与传统技术比较，气动系统完全可以取代机械式开天窗，而且结构简单，操作方便，位置控制精度高，天窗开度和通风面积显著增加，增强了利用自然通风调节温室环境的能力。     

中欧温室规范中风荷载取值的对比

为了更好地指导温室结构设计与优化,该文对中欧温室结构规范中风荷载的取值方法进行了比较。首先简要比较了中欧温室规范中风荷载的定义和计算方法,然后分别对2种规范中关于基本风压、风压高度变化系数及结构体型系数的规定进行了详细地探讨。比较结果表明,中欧温室风荷载在计算思路上相近,但在参数的定义及选取方面,中国温室荷载规范存在一些不合理性。该文还根据中欧的不同规定,利用结构分析软件SAP2000对某典型温室进行了风荷载效应的计算对比,结果表明采取欧洲温室规范计算所得的结构内力值更高,并对中国温室荷载规范进一步的修订提出了一些建议。     

屋顶全开启型Venlo式温室的采光性能

不同天气（晴天和阴天）和开窗比例条件下,对屋顶全开启型Venlo式温室(温室A)白天室内、外光合有效辐射量子通量密度（PAR）进行测试。以屋顶通风窗型Venlo式温室为对照（温室B）,研究屋顶全开启型Venlo式温室的采光性能。结果表明：屋顶全开启型Venlo式温室在晴天条件下的平均透光率为53.7%,阴天条件下为52.1%,均高于对照。且屋顶全开启型Venlo式温室的透光率随着（屋面）天窗开启比例的增加而提高,而对照透光率无明显变化,表明开启的天窗减少了对太阳辐射的阻挡,提高了温室透光率。同时,屋顶全开启型Venlo式温室晴天条件下PAR分布均匀度均值为0.893,阴天条件下为0.916,均低于对照。不同天气条件下,随着天窗开启比例的增加,屋顶全开启型Venlo式温室PAR分布均匀度不断降低,而对照无明显变化,且屋顶全开启型Venlo式温室在晴天条件下PAR分布均匀度变幅大于阴天,表明开启的天窗集中阻挡了温室天沟附近太阳辐射的直射,从而导致其PAR分布均匀度较低。     

考虑覆盖材料蒙皮效应的温室结构稳定承载力计算

为研究覆盖材料蒙皮效应对温室结构稳定承载力的影响,该文在考虑温室结构的实际工作状态、材料非线性和几何大变形的前提下,采用ANSYS有限元分析软件,选取华北型、文洛型和日光型3种温室结构类型,建立了单榀骨架、整体骨架、整体骨架覆盖薄膜、整体骨架覆盖玻璃和整体骨架覆盖PC板5种计算模型,模拟了风雪灾害下温室结构破坏的全过程,得到了其破坏模式和荷载与位移关系曲线,分析了温室结构的稳定承载力和空间作用效应,并给出了其极限荷载系数和稳定承载力提高系数。结果表明:考虑覆盖材料蒙皮效应时,雪荷载作用下温室结构易发生失稳破坏,风荷载作用下温室结构稳定承载力较高,温室结构抗雪灾能力低于抗风灾能力;荷载工况由风荷载控制时,覆盖材料使日光温室结构稳定承载力提高20%~50%,设计时可考虑相应蒙皮效应;荷载工况由雪荷载控制时,覆盖材料使华北型和文洛型温室结构稳定承载力分别提高1~2倍和1~4倍,设计时可考虑相应蒙皮效应;覆盖玻璃使温室结构稳定承载力提高20%~280%,覆盖PC板使之提高20%~240%,覆盖薄膜使之提高0~40%。研究成果可为温室结构抗风雪灾害设计提供参考。     

Venlo温室的荷载效应特征及其在工程中的应用

Venlo型温室是世界上硬质覆盖材料温室中使用量最大的结构形式，在中国也已经成为玻璃温室和PC板温室的首选结构。该文以Venlo温室钢结构中控制性关键构件边柱和相邻中柱为例，利用温室结构设计专用软件、采用结构有限元分析的方法对边柱和中柱在6种不同荷载组合方式和7种不同跨度下的荷载效应进行了计算，分析其在不同荷载组合和跨度数下的内力变化规律，将结果运用于温室柱网布置、构件材料分布、节点构造等工程设计中，可以有效提高Venlo型温室结构设计的科学性、安全性、降低结构用钢量。     

连栋塑料温室气动四联杆天窗机构优化设计与选配

在塑料温室气动四联杆天窗机构的静力学分析基础上，考虑强度条件、安装裕量、边界约束等约束条件，以气缸输出推力最小为目标构建优化模型，得到的优化结果采用标准气缸，选配机构满足稳定性要求。通过改变载荷参数和结构参数，优化模型也可用于其它塑料温室的气动四联杆天窗机构设计。运行试验表明：与原有的齿轮齿条开窗机构相比，选配的气动四联杆天窗机构天窗开度增加20°，开窗高度增加28.2%，开到最大角度只需9.3到11.7 s。     

北墙不同外倾角对日光温室表面风压与体型系数的影响

为探明日光温室北墙外倾角的改变对其屋面风压系数和风荷载体型系数的影响,该研究基于计算流体力学原理,采用数值模拟方法,考虑北风和西北风2种风向,研究了不同北墙外倾角下日光温室表面风压分布规律,并给出不同北墙外倾角情况下的细化分区风荷载体型系数。结果显示：1）风压分布规律为：北风和西北风时日光温室前屋面和后屋面上半部风压系数为负,屋脊处和东、西边缘风吸力集中;随北墙外倾角减小,前屋面上部和后屋面风压系数绝对值明显减小,前屋面下部风压系数无显著变化。2）风荷载体型系数规律：北风时,以北墙外倾角90°（即竖直）为参照,外倾角减至30°可使前屋面上部体型系数的绝对值减小16%～26%,可使前屋面下部体型系数的绝对值增大6%～57%,可使后屋面体型系数绝对值减至0左右;西北风时,前屋面上部和后屋面体型系数绝对值均为西端大、东端小,前屋面下部体型系数绝对值为中间大两端小,屋面风荷载体型系数随北墙外倾角的变化不显著。因此,北墙外倾角的变化导致日光温室屋面风荷载分布发生变化较大,对日光温室结构的抗风性能影响较大,建议日光温室屋面风荷载计算应考虑北墙外倾角的影响,抗风设计时可合理选择北墙外倾角以减小屋面风荷载,边榀骨架结构和围护结构的边缘处需加强。     

荷兰Venlo型温室结构抗震性能分析

为了研究地震作用对依据荷兰规范设计的Venlo温室结构安全性的影响,该研究以荷兰公司设计的山东某Venlo型温室为例,利用有限元软件MIDAS Gen,采用振型分解反应谱法对设防烈度分别为7度（0.10 g）、7度（0.15 g）、8度（0.20 g）和8度（0.30 g）的温室整体结构进行模拟计算,对结构的周期、振型、应力和位移进行了分析探讨。结果显示,温室整体的最长自振周期为1.75 s,表现为较柔性的结构体系,前2阶振型分别为Y、X向的平动,在2个主轴方向上具有相近的抗震性能。不同设防烈度下,结构的承载力最大值均为216.96 MPa,由风荷载控制,最大应力小于构件屈服强度。当设防烈度为8度（0.30 g）时,X向地震作用对构件的拉、压应力最大,分别为211.95和196.02 MPa。无地震参与的荷载组合中X向风荷载产生的位移最大,达到31.80 mm。在地震参与的荷载组合中,柱顶最大位移为61.84 mm,结构变形主要受地震荷载的影响,Y向地震作用超过同工况下X向地震作用约11.6%。结论表明,引进的荷兰温室在地震设防烈度不高于8度（0.30 g）时,构件始终处于弹性范围内,满足规范要求,但最大变形超过了中国建筑抗震设计对弹性层间位移角1/250的要求。最后,该文对中国农业温室结构设计标准的编制提出了一些建议。     

湍流强度对风电机组动力学特性及载荷的影响

为研究湍流强度对机组动力学特性及气动载荷的影响,以3.3 MW三叶片水平轴风电机组为研究对象,采用仿真及试验相结合的方法,并对来流风速和主导载荷进行功率谱分析。通过开展4种湍流强度0.10、0.12、0.14和0.16的计算仿真,结果表明随着湍流强度的增加,风电机组机舱振动加速度、载荷及等效疲劳载荷都有规律性变化。为验证仿真结果的合理性,对某风场的型式测试机组进行1a多的数据测试采集和分析。测试结果表明,机组运行在0.06、0.08、0.10和0.12这4种不同湍流强度下,其机组在不同风速运行下的机组振动及载荷同样出现有规律性的变化,仿真与实测结果的变化趋势吻合度较高。该研究为风电场风电机组的微观选址提供依据,也对风电机组设计有一定的指导意义。     

五连拱温室的结构计算

多连拱温室结构计算是需要研究的问题。应用结构力学知识,建立了五连拱温室受风雪载荷时的半结构计算模型,用有限元法进行了结构优化,求出了它的内力、应力和位移。对规范中没有说明的附加风载、风载高度变化系数和多连拱形屋面的风载体型系数等也作了分析。研究结果表明,该温室结构合理,具有优良的力学特性。     

基于LPV增益调度的风电机组控制验证与仿真分析

随着风力发电机组装机容量的持续增加,风力发电机组出力特性及其优化运行成为行业关注的热点。针对湍流风下风电机组的动态响应特性,提出抑制风湍流的LPV增益调度控制方法。基于2 MW风电机组模型进行控制器设计,分别采用PI控制算法与LPV控制算法进行仿真计算。机组载荷的波动主要集中在风轮旋转频率1 P的倍频上。仿真计算结果表明在不同风速下,机组显示出不同的运行特性。在低风速时,塔影效应的作用较为显著,在高风速时,湍流对载荷的影响较为明显。相比于PI控制,LPV控制能够跟随机组运行状态调整控制参数,能更好的抑制湍流对机组的影响。在16 m/s湍流风下,功率和齿轮箱低速轴转矩在3P分量上分别降低了35.1%和41.8%。因此,在LPV控制下,齿轮箱的疲劳损伤降低了,发电机的功率波动减缓了。能够增加风电机组的预期寿命,对电网也更加友好。     

基于复合MPC算法的风电机组降载控制

随着风电机组单机容量的不断增大,风电机组的关键部件承受的载荷也越来越大,对风电机组可靠性的要求也越来越高,因此,要求风电机组控制策略与技术,既能实现功率优化控制,又能实现降载控制。研究基于模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)理论,设计了一种基于风电机组多控制目标的运行区间划分方法的风电机组复合模型预测控制(Multi Model Predictive Control,Multi MPC)控制器。首先建立基于Matlab和TUV GL bladed的联合实时仿真平台,将MPC控制器与传统PI控制器进行对比分析,并以DUV GL Bladed软件中2 MW双馈式风电机组非线性模型作为研究对象,对Multi MPC控制器、MPC控制器和传统的比例积分微分(Proportional Integral Differential,PID)控制器进行了降载控制仿真分析。研究结果表明,MultiMPC控制器能够减小风电机组转速波动幅度,抑制转速超调量,降低传动链的载荷;能够抑制桨距角的波动幅度和变化速率,降低变桨距机构的运行载荷,提高机组运行可靠性。     

低空急流对近地表风力机械结构载荷的影响

为分析低空急流对风力机械结构载荷的影响,该研究采用谐波叠加法对低空急流谱模型进行计算以生成大气入流,并基于叶素动量理论和几何精确梁方法对一台高度为270 m的15 MW风力机进行载荷分析。结果表明,低空急流在风力机高度范围内的速度剖面呈现射流和强剪切的耦合特征;低空急流最大可使风轮功率增大约40%,风轮俯仰力矩增大50%,风轮偏航力矩增大1.5倍,塔基偏航力矩的波动强度增加60%;同时,还会造成风轮偏航和俯仰力矩功率谱特性呈双阶梯型分布特征;当急流高度低于轮毂高度时,风力机俯仰力矩促使风轮向下倾斜,会增加风力机叶片打塔风险。因此,在低空急流多发地区安装风力机等高耸结构物时,应充分考虑低空急流对风力机结构载荷特性的影响。研究可为风力机在内的大尺寸高耸结构物的载荷安全性分析提供参考。     

风电机组尾流与疲劳载荷关系分析

为了研究风电机组尾流对下游风电机组载荷的影响,假设了几个重要尾流参数:上下游风电机组间距、上游风电机组推力系数、湍流强度等。采用Bladed软件和Matlab幅频程序,分别对1.5与3.0 MW双馈式风电机组进行各参数与载荷响应的关系计算。结果表明:风轮处风速会随着推力系数的增大非线性减小;风电机组处于尾流影响范围内时,在风速和推力系数相同的条件下,通常湍流强度受尾流影响后减小使载荷增大,但当推力系数对载荷的影响起主导作用时,虽然湍流强度受尾流影响后减小但载荷会增大;当风速大于额定风速时,应采用变桨控制减小推力系数,以减小风电机组的疲劳损伤。     

基于SCADA数据的风电机组关键载荷预测

风电机组关键位置载荷预测对风电机组安全、经济运行具有重要意义。通过建立SCADA数据与载荷间的近似关系对风电机组关键位置载荷进行预测。采用BP神经网络建立SCADA数据和载荷的关系模型,利用SCADA数据与载荷间的相关性来筛选模型输入参量,采用试错法确定BP神经网络的层数与神经元数量。针对某2.5 MW风电机组的7处关键位置进行了载荷实测。研究表明,在不采用风速作为输入参量的情况下,模型的预测结果与实测结果具有良好的一致性,相对误差的均值在1.28%到15.6%之间,决定系数R2在0.951到0.882之间;与试错法选择输入参量相比,基于相关性计算的输入参量选择方法能够更高效地筛选出更多恰当的SCADA参量,从而进一步提高预测准确度。因此,基于BP神经网络建立SCADA数据与载荷的近似关系可作为风电机组关键位置载荷预测评估的有效手段。     

拱形塑料大棚风致干扰效应及风压特性研究

群体布置的拱形塑料大棚（简称群棚）棚间存在风致干扰效应,为了探明群棚干扰效应并建立考虑干扰效应的风荷载体型系数,基于Reynolds时均N-S方程和Realizable k-ε湍流模型,采用经验证的数值风洞方法研究了拱形塑料大棚单棚及群棚模型在不同风向角、不同棚间距下的表面风压特性。结果表明：拱棚群体布置引发干扰效应并改变风压特性,该效应具体表现为放大效应（群棚外围区域）和遮挡效应（群棚中间区域）;干扰效应受风向角及棚间距的影响较明显,整体随棚间距增大而减弱,并大致在10 m棚间距时趋于稳定。干扰效应整体削弱棚区风压通风能力,从利于风压通风角度提出了群棚园区规划布局建议,即棚身长轴方向宜与群棚所处地域夏季主导风向相垂直并适当增加棚间距。最后,以上述研究为基础,根据干扰效应分区域给出了群棚（矢跨比=3:8）便于设计使用的风荷载体型系数。处于群棚外围区域的拱棚,其风荷载体型系数具体为：当风向角为0时,风荷载体型系数在迎风面、中间棚顶、背风面、两侧山墙分别为+0.41、-0.78、-0.26、-0.48;当风向角为90°时,风荷载体型系数在迎风山墙、棚面分别为+0.36、-0.44。处于群棚中间区域的拱棚,其风荷载体型系数具体为：当风向角为0时,风荷载体型系数在迎风面、中间棚顶、背风面、两侧山墙分别为+0.30、-0.71、-0.26、-0.48;当风向角为90°时,风荷载体型系数在迎风山墙、棚面分别为+0.34、-0.35。研究结论：群体布置的拱形塑料大棚存在风致干扰效应,设计时宜考虑风致干扰效应引起的棚面风压变化。