PDF格式（左键浏览，右键另存）：

格构塔架顺风位移响应实用计算模型与求解内力位移加载法

第22 卷第1 期《振动工程学报》Vo l. 22 No. 1

摘要：基于风洞试验得到的格构式塔架顺风向一阶广义荷载谱, 利用导出的实用高阶广义荷载谱, 进一步导出了位移反应的实用计算公式, 提出了“位移加载”求解格构塔架内力的方法, 并以一输电塔为例描述了该方法的实现过程。与已有方法相比, 计算公式可考虑高阶模态的贡献且推导过程更加合理, 建议的内力求解方法可避免传统方法中需要建立等效静力风荷载的这一步骤。针对格构式高耸结构, 文中位移计算公式实用, 内力求解方法合理、操作简单, 可进一步推广应用。
关键词：风洞试验; 广义荷载谱; 输电塔; 等效静力风荷载
中图分类号：P315. 9; U 442    文献标识码：A     文章编号：100424523 (2009) 0120001205

Abstract：A p ract ical calculat ion model, based on the fundamentalmode generalized fo rce spect rum obtained in a w ind tunnel test and p ract ical h igher mode generalized fo rce spect rum model in along2w ind direct ion of lat t ice tow er, is further deduced and p ropo sed to calculate along2w ind disp lacement responses of lat t ice tow er. In the p ropo sed model, the cont ribut ions of h igher vibrat ion modes can be taken into account. Then, a new app roach, by app lying load w ith disp lacement instead of force, is p resented and recommended to calculate internal fo rces of lat t ice tow ers. Mo reover, a t ransm ission tow er st ructure is taken as an examp le to describe specific imp lementat ion p rocess of the app roach. Comparing w ith convent ionalmethod, the recommended app roach, no t requiring get t ing equivalent stat icw ind loads (ESWL s) , is reasonable, simp le and of value to be popularized.
Key words：w ind tunnel test; generalized fo rce spect rum; t ransm ission tow er; equivalent stat ic w ind loads

引言
不同于一般建筑结构, 格构式塔架(例如: 输电塔) 是一种镂空率较高结构[1～ 3 ] , 较难甚至无法通过多点同步测压方法对作用其表面的风荷载进行准确测量, 而常采用高频底座天平(H igh F requency Fo rce Balance, 简称HFFB) 技术得到结构基底弯矩(或扭矩) , 进一步可得到一阶振型广义力和一阶广义荷载谱。邹良浩博士在同济大学风洞试验室采用HFFB 技术对3 个不同类型的格构塔架半刚性模型进行了风洞试验, 考虑了一阶振型惯性力的影响[4, 5 ] , 首次拟合出了格构式塔架一阶振型广义荷载谱, 给出了高阶广义荷载谱的解析模型; 文献[ 6 ]
推导出了实用高阶广义荷载谱表达式; 于秀雷等考虑了一阶振型的贡献推导了格构塔架的等效静力风荷载( Equ ivalen t Stat ic W ind Loads, 简称ESWL s) 简化公式[7 ]。此外, 文献[ 8～ 11 ] 分别对不同类型结构的ESWL s 方面作了相关研究。
为了便于工程应用, 本文基于上面风洞试验得到的顺风向一阶振型广义荷载谱, 采用在此基础上导出的实用高阶广义荷载谱, 进一步导出了计算位移反应的实用计算公式。该公式可考虑高阶振型贡献, 正确利用了单纯数学意义上的双边功率谱R(X) 与相应的具有实际意义的单边功率谱S (f ) 的转化关系。针对格构式塔架, 提出了将“位移加载”求解其构件内力方法, 该方法简单合理, 可以为工程设计人员减少工作量。

结论
为了便于工程应用, 本文针对格构式塔架的位移与内力反应, 在其实用计算方面作了如下两项工作:
(1) 基于随机振动理论, 利用已有风洞试验得到的一阶广义荷载谱, 并采用在此基础上导出的实用高阶广义荷载谱, 进一步推导出了一种计算格构塔架位移的可考虑高阶振型贡献的计算公式。该公式推导过程合理、简单实用。
(2) 结合有限单元法, 提出了将位移加载应用于求解格构式塔架内力的方法。该方法不仅理论合理、现实可行, 而且避免了传统方法中需要建立等效静力风荷载的繁杂工作, 可为工程设计人员减少工作量, 值得推广应用。

参考文献(References)：
[1 ] 　L i Hongnan, BaiHaifeng. H igh2vo ltage t ransm ission tow er2line system subjected to disaster loads [ J ].P rogress in N atural Science, 2006, 16 (9) : 899—911.
[2 ] 　李宏男, 白海峰. 高压输电塔2线体系抗灾研究的现状与发展趋势[J ]. 土木工程学报, 2007, 40 (2) : 39—46.
[3 ] 　楼文娟, 孙炳楠. 高耸塔架横风向动力风效应[J ]. 土木工程学报, 1999, 32 (6) : 67—71.
[4 ] 　邹良浩. 格构式高耸结构动力风荷载模型与风振响应研究[D ]. 武汉: 武汉大学, 2006.
[5 ] 　邹良浩, 梁枢果. 半刚性模型风洞试验荷载谱的处理方法[J ]. 实验流体力学, 2007, 21 (3) : 76—81.
[6 ] 　柳国环, 李宏男. 格构塔架的实用高阶广义荷载谱模型与共振分量表达式改进[J ]. 土木工程学报, 2009,42 (2) : 53257.
[7 ] 　于秀雷. 格构式塔架风振响应与等效风荷载简化计算[D ]. 武汉: 武汉大学, 2006.
[8 ] 　Zhou Yin, Gu M ing, Xiang Haifan. A long-wind stat ic equivalent w ind loads and responses of tallbuilding [J ]. Journal of W ind Engineering and Indust rialA erodynam ics, 1999, 79 (1) : 135—150.
[9 ] 　全涌, 顾明. 高层建筑横风向风致响应及等效静力风荷载的分析方法[J ]. 工程力学, 2006, 23 (9) : 84—88.
[10 ] 陈波, 武岳, 沈世钊. 大跨度屋盖结构等效静力风荷载中共振分量的确定方法研究[J ]. 工程力学, 2007, 24(1) : 51—55.
[11 ] 田玉基, 杨庆山, 范重, 等. 国家体育场大跨度屋盖结构风振系数研究[J ]. 建筑结构学报, 2007, 28 (2) :26—31.
[12 ] A nil K Chop ra. Dynam ics of St ructures: Theo ry and App licat ions to Earthquake Engineering [M ]. 2nd ed.P rent ice2Hall, 2000.
[13 ] 欧进萍, 王光远. 结构随机振动[M ]. 北京: 高等教育出版社, 1998.
[14 ] 李宏男. 结构多维抗震理论[M ]. 北京: 科学出版社,2006.
[15 ] 张相庭. 结构风工程[M ]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2006.
[16 ] Guoqing Huang, Xinzhong Chen. W ind load effects and equivalent stat ic w ind loads of tall buildings based on synch ronous p ressure measurements [J ].Enginnering St ructures, 2007, (1) : 287—292.
[17 ] 周日亘毅, 顾明. 大跨度屋盖结构考虑模态耦合的抖振共振响应分析方法[J ]. 振动工程学报, 2006, 19(2) : 179—183.
[18 ] DE纽兰著. 随机振动与谱分析概论[M ]. 方同, 等译. 北京: 机械工业出版社, 1982.