下击暴流作用下输电塔倒塌研究

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1、下击暴流作（申请工学博士学位论文）用下输电塔倒塌研究下击暴流作用下输电塔倒塌研究王亮培养单位：土木工程与建筑学院学科专业：土木工程研究生：王亮武汉指导教师：瞿伟廉教授理工大学2014年3月I万方数据分类号密级UDC学校代码10497学位论文题目：下击暴流作用下输电塔倒塌研究英文ResearchonTransmissionTowerDamageunderDownburstWindLoad题目研究生姓名王亮指导老师姓名瞿伟廉职称教授学位单位名称武汉理工大学邮编430070申请学位级别工学博士学科专业名称土木工程论文提交日期2014年3月论文答辩日期学位授予单位武

2、汉理工大学学位授予日期答辩委员会主席评阅人2014年3月ADissertationSubmittedtoWuhanUniversityofTechnologyII万方数据fortheDegreeofDoctorofPhilosophyResearchonTransmissionTowerDamageunderDownburstWindLoadPh.DCandidate:WangLiangMajor:CivilEngineeringSupervisor:Prof.QUWeilianHubeikeylaboratoryofroadwaybridge&struct

3、ureengineeringWuhanUniversityofTechnologyWuhan,P.R.ChinaMarch.2014III万方数据独创性声明本人声明，所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名:________日期:__________关于论文使用授权的说明本人完全了解武汉理

4、工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅;学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名:__________导师签名:_________日期:______IV万方数据武汉理工大学博士学位论文摘要高耸输电塔结构是生命线工程的重要组成部分，对风荷载敏感。多年来，国内外，特别是我国，高耸输电塔的倒塌事故至今仍每年都有不少发生，并已带来了巨大的负面影响和经济损失。因此，研究强风荷载下输电塔倒塌破坏机理，确保风力作用下输电线路的正常工作，防止此类事故

5、的发生成为当前国家建设的重中之重的任务。本文以汉江大跨越输电塔工程为研究背景，系统地研究了引起输电线塔倒塌下击暴流强风荷载模型，输电塔线的风振响应，输电塔杆件失稳破坏模型、强风荷载作用下输电塔结构的倒塌破坏过程。下击暴流强风荷载是输电塔结构倒塌破坏的重要原因。在对下击暴流特征的研究基础上，本文采用确定性时变过程描述下击暴流平均成分，用调幅的随机过程描述下击暴流的脉动成分，据此编写了下击暴流风速模拟程序，计算了不同高度的风速时程和不同节点处的下击暴流强风荷载时程，以及计算了壳单元接触部分的风压，为输电塔结构分析提供了强风荷载的模型。在研究了强风荷载模型的基础上

6、，本文研究了输电塔线耦联体系的有限元模型建立方法，分析了塔线耦合体系的动力特性，研究了输电线对输电塔结构动力特性的影响。编写了输电塔线体系有限元模型分析的程序，成功实现了对输电塔的动静力响应分析，为输电塔倒塌程序自编程开发奠定了基础。建立了壳单元失稳构件有限元模型，通过对失稳构件的理论和数值分析，得到不同杆件在固定杆端弯矩条件下的失稳曲面和失稳过程中轴向刚度的退化过程；计算了不同的循环荷载条件下，失稳构件的滞回曲线。考虑到在实际荷载中杆件受到的轴力和杆端弯矩是不断变化的，其刚度随之变化规律十分复杂，不能用一个简单的曲面关系表示，难以得到一个明确的经验公式，本

7、文提出了直接在有限元中考虑失稳构件的方法，即用壳单元建立可以描述失稳的主杆构件，基于有限元分析程序不同尺度模型之间的耦合技术将基于壳单元建立的失稳构件和基于梁系单元建立的输电塔整体模型组装成多尺度有限元分析模型，研究下击暴流强风荷载作用下输电塔构件动力失稳倒塌的过程，得到了输电塔倒塌过程中失稳构件的应力分布规律、塑性区域扩展以及构件的变形特征。为解决梁-壳单元全部考虑失稳构件计算耗时问题，本文编制了考虑失稳构件单元的非线性动力计算程序，研究了下击暴流强风荷载作用下输电塔失稳倒塌的过程，实现了输电塔倒塌过程中构件的失稳时刻和顺序的全过程模拟。V万方数据武汉理工

8、大学博士学位论文本文研究了下击暴流不同参数下的风速时