复杂山地环境下特大型冷却塔群风荷载与风振效应研究

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1、中图分类号：TU33+2论文编号：102870118-S143学科分类号：081402硕士学位论文复杂山地环境下特大型冷却塔群风荷载与风振效应研究研究生姓名杜凌云学科、专业结构工程研究方向结构抗风与抗震指导教师柯世堂副教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringStudyonwindloadandwindinducedvibrationeffectofsuperlargecoo

2、lingtowersincomplexmountainousareaAThesisinSturcturalEngineeringbyLingyunDuAdvisedbyProf.ShitangKeSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。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，也不包含为获得南京航空航天大学或

3、其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：2018年3月31日南京航空航天大学硕士学位论文摘要随着大容量、高参数发电机组的普遍应用，超过现行规范190m高度限值的特大型冷却塔陆续兴建，布置形式由单塔逐渐向双塔、四塔及群塔组合形式发展，且所处地形愈加复杂多样，塔群组合与周边环境对冷却塔表面风荷载与结构风振效应的影响不容小视。然而规范仅给出不同加肋形式下一维风压沿环向角度分布曲线和不同地貌

4、类型下单塔单一整体风振系数取值，将其直接应用于复杂塔群下超规范限值的特大型冷却塔结构抗风设计不尽合理，同时现有文献缺乏此类复杂施扰环境下冷却塔的抗风研究相关知识储备。鉴于此，本文以国内某在建复杂山地环境下210m高特大型冷却塔群为工程背景，对其风荷载与风振效应进行了较为系统的研究，归纳总结出干扰效应与风振作用机理。主要进行了以下五个方面的工作：1.风洞试验：制作塔体-山地-周边建筑刚性模型，分别进行单塔、复杂山地+双塔组合以及复杂山地+四塔组合三种布置形式的物理测压风洞试验，获取各组合工况下的脉动风荷载时程，基于整体阻力系数极值进行干扰因子计算，分析并筛选出最不利来

5、流角及其布置形式。2.风荷载特性分析：针对单塔、山地+双塔组合最不利工况以及山地+四塔组合最不利工况（分别简称为工况1、2和3）进行不同高度区间内的平均风压与脉动风压取值与分布特性研究，并选取典型子午线进行三种工况下的升、阻力对比分析，同时针对脉动风压探讨其各层各测点的空间相关性与典型测点的相干特性。3.干扰机理剖析：结合CFD（流体计算动力学）数值模拟方法进行山地+双塔组合与山地+四塔组合两种布置的各塔最不利来流角下风场数值模拟，从平均风压、速度流线、速度矢量及湍动能分布等角度剖析各塔最不利干扰效应形成机理。4.风振响应与风振系数研究：采用完全瞬态法进行上述三种工

6、况下的风振响应对比计算，基于径向位移、子午向轴力、环向弯矩以及Mises应力等四种典型目标响应研究三种工况下的一维、二维和三维风振系数分布模式，最终对比给出各工况下整体风振系数取值建议。此外，针对单塔工况进行内压风洞试验以及不同百叶窗透风率下内吸力风振系数研究。5.静风响应与稳定性验算：加载工况1~3下相应的风压系数与风振系数组合风荷载，并计入30%透风率下真实内吸力，进行三种工况下塔筒、支柱和环基等结构的控制响应对比分析，最后验算各工况下冷却塔整体、局部以及屈曲稳定性能。最后，对本文的主要研究成果进行总结，并提出了有待进一步研究的工作。关键词：特大型冷却塔群，复杂

7、山地，风洞试验，干扰机理，风振系数，稳定性能I复杂山地环境下特大型冷却塔群风荷载与风振效应研究II南京航空航天大学硕士学位论文ABSTRACTWiththewidespreadapplicationofhighparameterandlargecapacitypowerunits,superlargecoolingtowerswhosealtitudeareheigherthan190mheightlimitvalueincurrentstandardwerebuilt.Thelayoutofcoolingtowersisgraduallydevelopedfr