高聳格構(gòu)式塔架風(fēng)振響應(yīng)研究.pdf

1、高聳格構(gòu)式塔架一類結(jié)構(gòu)是一種特殊的結(jié)構(gòu)形式，其塔身鏤空、高度高、外形細(xì)長，不僅在電力、通訊、廣播電視等領(lǐng)域較為常見，在大跨度橋梁施工中也有廣泛應(yīng)用。高聳格構(gòu)式塔架的外形特征決定了風(fēng)荷載是其控制荷載，隨著需求的提高和技術(shù)的進(jìn)步，結(jié)構(gòu)日益向著更高、更輕、更柔和低阻尼的方向發(fā)展，使得結(jié)構(gòu)對風(fēng)荷載的動力敏感性進(jìn)一步增強。因此，對高聳格構(gòu)式塔架進(jìn)行風(fēng)振響應(yīng)研究顯得尤為必要。 本文以擬建設(shè)中的國家電網(wǎng)1000kV特高壓輸電網(wǎng)絡(luò)中的一座典型自

2、立式輸電塔為例，從時域分析、頻域分析及風(fēng)洞試驗三方面開展了高聳格構(gòu)式塔架一類結(jié)構(gòu)的風(fēng)振響應(yīng)及風(fēng)振系數(shù)研究，主要內(nèi)容包括： (1)建立了輸電塔的空間有限元模型，通過分析確定模型的真實性。采用諧波合成法模擬了輸電塔結(jié)構(gòu)的脈動風(fēng)速時程。在此基礎(chǔ)上，將模擬得到的風(fēng)荷載以結(jié)點力的方式加到有限元模型上，在時域內(nèi)用Newmark法計算了輸電塔的順風(fēng)向風(fēng)振響應(yīng)。頻譜分析表明風(fēng)振響應(yīng)主要由第一階模態(tài)響應(yīng)控制。進(jìn)一步分析了風(fēng)振響應(yīng)隨風(fēng)速、阻尼比等參

3、數(shù)的變化關(guān)系。 (2)根據(jù)相似原理設(shè)計制作了氣彈模型，在風(fēng)洞中模擬了大氣邊界層紊流。在紊流風(fēng)場中對氣彈模型進(jìn)行了風(fēng)洞試驗，測得了模型加速度響應(yīng)，將試驗結(jié)果換算到原型，計算原型各測點的加速度響應(yīng)均方差值，分析了加速度響應(yīng)均方差隨風(fēng)速和風(fēng)向角的變化規(guī)律。 (3)按單模態(tài)隨機振動理論方法，對高聳格構(gòu)式塔架順風(fēng)向風(fēng)振系數(shù)進(jìn)行了頻域理論分析，并與風(fēng)洞試驗結(jié)果、時域分析結(jié)果及建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范結(jié)果進(jìn)行了分析比較。由頻域分析、時域分析及

4、試驗得到的風(fēng)振系數(shù)基本一致。而由建筑規(guī)范得到的輸電塔風(fēng)振系數(shù)顯著大于理論分析及風(fēng)洞試驗結(jié)果，高估輸電塔的風(fēng)振響應(yīng)，不宜直接用于輸電塔抗風(fēng)設(shè)計。提出了用于風(fēng)振系數(shù)計算的等效寬度的概念，比直接應(yīng)用規(guī)范更加合理。 (4)研究了紊流積分尺度對高聳格構(gòu)式塔架順風(fēng)向風(fēng)振系數(shù)的影響，結(jié)果表明紊流積分尺度對結(jié)構(gòu)共振響分量應(yīng)有顯著影響，對結(jié)構(gòu)的總響應(yīng)影響也較大。這一影響隨著結(jié)構(gòu)阻尼、結(jié)構(gòu)頻率與風(fēng)譜卓越頻率的比值的增加而減弱。考慮到風(fēng)洞試驗技術(shù)無法