高聳格構(gòu)式塔架風振響應研究.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、外形細長，不僅在電力、通訊、廣播電視等領域較為常見，在大跨度橋梁施工中也有廣泛應用。高聳格構(gòu)式塔架的外形特征決定了風荷載是其控制荷載，隨著需求的提高和技術的進步，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)對風荷載的動力敏感性進一步增強。因此，對高聳格構(gòu)式塔架進行風振響應研究顯得尤為必要。 本文以擬建設中的國家電網(wǎng)1000kV特高壓輸電網(wǎng)絡中的一座典型自

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)的風振響應及風振系數(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)的脈動風速時程。在此基礎上，將模擬得到的風荷載以結(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向風振響應。頻譜分析表明風振響應主要由第一階模態(tài)響應控制。進一步分析了風振響應隨風速、阻尼比等參

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

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