高耸格构式塔架风振响应研究.doc

桥梁与隧道工程专业毕业论文桥梁与隧道工程专业毕业论文 [ [精品论文精品论文] ] 高耸格构式塔架风振高耸格构式塔架风振响应研究响应研究关键词：高耸格构式塔架关键词：高耸格构式塔架 格构式塔架格构式塔架 输电塔输电塔 风振响应风振响应 气弹模型气弹模型 风洞试验风洞试验 风振系数风振系数 紊流积分尺度紊流积分尺度摘要：高耸格构式塔架一类结构是一种特殊的结构形式，其塔身镂空、高度高、 外形细长，不仅在电力、通讯、广播电视等领域较为常见，在大跨度桥梁施工 中也有广泛应用高耸格构式塔架的外形特征决定了风荷载是其控制荷载，随 着需求的提高和技术的进步，结构日益向着更高、更轻、更柔和低阻尼的方向 发展，使得结构对风荷载的动力敏感性进一步增强因此，对高耸格构式塔架 进行风振响应研究显得尤为必要 本文以拟建设中的国家电网 1000kV 特高 压输电网络中的一座典型自立式输电塔为例，从时域分析、频域分析及风洞试 验三方面开展了高耸格构式塔架一类结构的风振响应及风振系数研究，主要内 容包括： (1)建立了输电塔的空间有限元模型，通过分析确定模型的真实性 采用谐波合成法模拟了输电塔结构的脉动风速时程。

在此基础上，将模拟得到 的风荷载以结点力的方式加到有限元模型上，在时域内用 Newmark 法计算了输 电塔的顺风向风振响应频谱分析表明风振响应主要由第一阶模态响应控制 进一步分析了风振响应随风速、阻尼比等参数的变化关系 (2)根据相似原 理设计制作了气弹模型，在风洞中模拟了大气边界层紊流在紊流风场中对气 弹模型进行了风洞试验，测得了模型加速度响应，将试验结果换算到原型，计 算原型各测点的加速度响应均方差值，分析了加速度响应均方差随风速和风向 角的变化规律 (3)按单模态随机振动理论方法，对高耸格构式塔架顺风向 风振系数进行了频域理论分析，并与风洞试验结果、时域分析结果及建筑结构 荷载规范结果进行了分析比较由频域分析、时域分析及试验得到的风振系数 基本一致而由建筑规范得到的输电塔风振系数显著大于理论分析及风洞试验 结果，高估输电塔的风振响应，不宜直接用于输电塔抗风设计提出了用于风 振系数计算的等效宽度的概念，比直接应用规范更加合理 (4)研究了紊流 积分尺度对高耸格构式塔架顺风向风振系数的影响，结果表明紊流积分尺度对 结构共振响分量应有显著影响，对结构的总响应影响也较大这一影响随着结 构阻尼、结构频率与风谱卓越频率的比值的增加而减弱。

考虑到风洞试验技术 无法满足紊流积分尺度的模拟，提出了一套较为通用的紊流积分尺度修正系数， 可对风洞试验结果修正正文内容正文内容高耸格构式塔架一类结构是一种特殊的结构形式，其塔身镂空、高度高、 外形细长，不仅在电力、通讯、广播电视等领域较为常见，在大跨度桥梁施工 中也有广泛应用高耸格构式塔架的外形特征决定了风荷载是其控制荷载，随 着需求的提高和技术的进步，结构日益向着更高、更轻、更柔和低阻尼的方向 发展，使得结构对风荷载的动力敏感性进一步增强因此，对高耸格构式塔架 进行风振响应研究显得尤为必要 本文以拟建设中的国家电网 1000kV 特高 压输电网络中的一座典型自立式输电塔为例，从时域分析、频域分析及风洞试 验三方面开展了高耸格构式塔架一类结构的风振响应及风振系数研究，主要内 容包括： (1)建立了输电塔的空间有限元模型，通过分析确定模型的真实性 采用谐波合成法模拟了输电塔结构的脉动风速时程在此基础上，将模拟得到 的风荷载以结点力的方式加到有限元模型上，在时域内用 Newmark 法计算了输 电塔的顺风向风振响应频谱分析表明风振响应主要由第一阶模态响应控制 进一步分析了风振响应随风速、阻尼比等参数的变化关系。

(2)根据相似原 理设计制作了气弹模型，在风洞中模拟了大气边界层紊流在紊流风场中对气 弹模型进行了风洞试验，测得了模型加速度响应，将试验结果换算到原型，计 算原型各测点的加速度响应均方差值，分析了加速度响应均方差随风速和风向 角的变化规律 (3)按单模态随机振动理论方法，对高耸格构式塔架顺风向 风振系数进行了频域理论分析，并与风洞试验结果、时域分析结果及建筑结构 荷载规范结果进行了分析比较由频域分析、时域分析及试验得到的风振系数 基本一致而由建筑规范得到的输电塔风振系数显著大于理论分析及风洞试验 结果，高估输电塔的风振响应，不宜直接用于输电塔抗风设计提出了用于风 振系数计算的等效宽度的概念，比直接应用规范更加合理 (4)研究了紊流 积分尺度对高耸格构式塔架顺风向风振系数的影响，结果表明紊流积分尺度对 结构共振响分量应有显著影响，对结构的总响应影响也较大这一影响随着结 构阻尼、结构频率与风谱卓越频率的比值的增加而减弱考虑到风洞试验技术 无法满足紊流积分尺度的模拟，提出了一套较为通用的紊流积分尺度修正系数， 可对风洞试验结果修正 高耸格构式塔架一类结构是一种特殊的结构形式，其塔身镂空、高度高、外形 细长，不仅在电力、通讯、广播电视等领域较为常见，在大跨度桥梁施工中也 有广泛应用。

高耸格构式塔架的外形特征决定了风荷载是其控制荷载，随着需 求的提高和技术的进步，结构日益向着更高、更轻、更柔和低阻尼的方向发展， 使得结构对风荷载的动力敏感性进一步增强因此，对高耸格构式塔架进行风 振响应研究显得尤为必要 本文以拟建设中的国家电网 1000kV 特高压输电 网络中的一座典型自立式输电塔为例，从时域分析、频域分析及风洞试验三方 面开展了高耸格构式塔架一类结构的风振响应及风振系数研究，主要内容包括：(1)建立了输电塔的空间有限元模型，通过分析确定模型的真实性采用谐 波合成法模拟了输电塔结构的脉动风速时程在此基础上，将模拟得到的风荷 载以结点力的方式加到有限元模型上，在时域内用 Newmark 法计算了输电塔的 顺风向风振响应频谱分析表明风振响应主要由第一阶模态响应控制进一步 分析了风振响应随风速、阻尼比等参数的变化关系 (2)根据相似原理设计 制作了气弹模型，在风洞中模拟了大气边界层紊流在紊流风场中对气弹模型 进行了风洞试验，测得了模型加速度响应，将试验结果换算到原型，计算原型各测点的加速度响应均方差值，分析了加速度响应均方差随风速和风向角的变 化规律 (3)按单模态随机振动理论方法，对高耸格构式塔架顺风向风振系 数进行了频域理论分析，并与风洞试验结果、时域分析结果及建筑结构荷载规 范结果进行了分析比较。

由频域分析、时域分析及试验得到的风振系数基本一 致而由建筑规范得到的输电塔风振系数显著大于理论分析及风洞试验结果， 高估输电塔的风振响应，不宜直接用于输电塔抗风设计提出了用于风振系数 计算的等效宽度的概念，比直接应用规范更加合理 (4)研究了紊流积分尺 度对高耸格构式塔架顺风向风振系数的影响，结果表明紊流积分尺度对结构共 振响分量应有显著影响，对结构的总响应影响也较大这一影响随着结构阻尼、 结构频率与风谱卓越频率的比值的增加而减弱考虑到风洞试验技术无法满足 紊流积分尺度的模拟，提出了一套较为通用的紊流积分尺度修正系数，可对风 洞试验结果修正 高耸格构式塔架一类结构是一种特殊的结构形式，其塔身镂空、高度高、外形 细长，不仅在电力、通讯、广播电视等领域较为常见，在大跨度桥梁施工中也 有广泛应用高耸格构式塔架的外形特征决定了风荷载是其控制荷载，随着需 求的提高和技术的进步，结构日益向着更高、更轻、更柔和低阻尼的方向发展， 使得结构对风荷载的动力敏感性进一步增强因此，对高耸格构式塔架进行风 振响应研究显得尤为必要 本文以拟建设中的国家电网 1000kV 特高压输电 网络中的一座典型自立式输电塔为例，从时域分析、频域分析及风洞试验三方 面开展了高耸格构式塔架一类结构的风振响应及风振系数研究，主要内容包括：(1)建立了输电塔的空间有限元模型，通过分析确定模型的真实性。

采用谐 波合成法模拟了输电塔结构的脉动风速时程在此基础上，将模拟得到的风荷 载以结点力的方式加到有限元模型上，在时域内用 Newmark 法计算了输电塔的 顺风向风振响应频谱分析表明风振响应主要由第一阶模态响应控制进一步 分析了风振响应随风速、阻尼比等参数的变化关系 (2)根据相似原理设计 制作了气弹模型，在风洞中模拟了大气边界层紊流在紊流风场中对气弹模型 进行了风洞试验，测得了模型加速度响应，将试验结果换算到原型，计算原型 各测点的加速度响应均方差值，分析了加速度响应均方差随风速和风向角的变 化规律 (3)按单模态随机振动理论方法，对高耸格构式塔架顺风向风振系 数进行了频域理论分析，并与风洞试验结果、时域分析结果及建筑结构荷载规 范结果进行了分析比较由频域分析、时域分析及试验得到的风振系数基本一 致而由建筑规范得到的输电塔风振系数显著大于理论分析及风洞试验结果， 高估输电塔的风振响应，不宜直接用于输电塔抗风设计提出了用于风振系数 计算的等效宽度的概念，比直接应用规范更加合理 (4)研究了紊流积分尺 度对高耸格构式塔架顺风向风振系数的影响，结果表明紊流积分尺度对结构共 振响分量应有显著影响，对结构的总响应影响也较大。

这一影响随着结构阻尼、 结构频率与风谱卓越频率的比值的增加而减弱考虑到风洞试验技术无法满足 紊流积分尺度的模拟，提出了一套较为通用的紊流积分尺度修正系数，可对风 洞试验结果修正 高耸格构式塔架一类结构是一种特殊的结构形式，其塔身镂空、高度高、外形 细长，不仅在电力、通讯、广播电视等领域较为常见，在大跨度桥梁施工中也 有广泛应用高耸格构式塔架的外形特征决定了风荷载是其控制荷载，随着需 求的提高和技术的进步，结构日益向着更高、更轻、更柔和低阻尼的方向发展， 使得结构对风荷载的动力敏感性进一步增强因此，对高耸格构式塔架进行风振响应研究显得尤为必要 本文以拟建设中的国家电网 1000kV 特高压输电 网络中的一座典型自立式输电塔为例，从时域分析、频域分析及风洞试验三方 面开展了高耸格构式塔架一类结构的风振响应及风振系数研究，主要内容包括：(1)建立了输电塔的空间有限元模型，通过分析确定模型的真实性采用谐 波合成法模拟了输电塔结构的脉动风速时程在此基础上，将模拟得到的风荷 载以结点力的方式加到有限元模型上，在时域内用 Newmark 法计算了输电塔的 顺风向风振响应频谱分析表明风振响应主要由第一阶模态响应控制。

进一步 分析了风振响应随风速、阻尼比等参数的变化关系 (2)根据相似原理设计 制作了气弹模型，在风洞中模拟了大气边界层紊流在紊流风场中对气弹模型 进行了风洞试验，测得了模型加速度响应，将试验结果换算到原型，计算原型 各测点的加速度响应均方差值，分析了加速度响应均方差随风速和风向角的变 化规律 (3)按单模态随机振动理论方法，对高耸格构式塔架顺风向风振系 数进行了频域理论分析，并与风洞试验结果、时域分析结果及建筑结构荷载规 范结果进行了分析比较由频域分析、时域分析及试验得到的风振系数基本一 致而由建筑规范得到的输电塔风振系数显著大于理论分析及风洞试验结果， 高估输电塔的风振响应，不宜直接用于输电塔抗风设计提出了用于风振系数 计算的等效宽度的概念，比直接应用规范更加合理 (4)研究了紊流积分尺 度对高耸格构式塔架顺风向风振系数的影响，结果表明紊流积分尺度对结构共 振响分量应有显著影响，对结构的总响应影响也较大这一影响随着结构阻尼、 结构频率与风谱卓越频率的比值的增加而减弱考虑到风洞试验技术无法满足 紊流积分尺度的模拟，提出了一套较为通用的紊流积分尺度修正系数，可对风 洞试验结果修正。

高耸格构式塔架一类结构是一种特殊的结构形式，其塔身镂空、高度高、外形 细长，不仅在电力、通讯、广播电视等领域较为常见，在大跨度桥梁施工中也 有广泛应用高耸格构式塔架的外形特征决定了风荷载是其控制荷载，随着需 求的提。