格构式塔架三维动力风荷载的风洞试验研究

《格构式塔架三维动力风荷载的风洞试验研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、万方数据第巧眷第3期2007年09月空气动力学学报ACTAAERODYNAMICASINICAⅧ．25．No．3sen．．2007文章编号：0258．1825(2007)03—0311-09格构式塔架三维动力风荷载的风洞试验研究粱枢果1，邹良浩1，赵林2，葛耀君2(1．武汉大学土木建筑工程学院，湖北武汉430072；2．同济大学桥梁系，上海200092)摘要：通过底座天平测力风洞试验，测量了三种典型的格构式塔架(输电塔、通讯塔和电视塔)的顺风向、横风向和扭转向动力风荷载。由于模型本身的质量不够轻、尉度不够大，一阶共振力的影响不可忽视，本文作者推导了清除模型一阶共

2、振影响的实用公式，进而得到格构式塔架顺、横、扭三维广义荷载谱和均方根广义力系数。最后，本文分析了这三种格构式塔架的动力风荷载特征，得到了几点重要的结论。关键词：格构式塔架；高频测力天平；风洞试验；三维动力风荷载中围分类号：V211．7；"1'I／312文献标识码：^0引言L1试验模型格构式塔架(通讯塔、输电塔和电视塔等)广泛应用于重要的生命线工程。由于这类结构具有轻质、高柔、小阻尼的特性，因而对风荷载的作用十分敏感。在强风作用下，塔架风损、风毁事故时有发生，造成严重的后果。然而，由于格构式塔架本身结构上的特殊性，其风荷载很难测量。近年来，大量现场实测和气动弹性模

3、型风洞试验表明，格构式塔架不仅在顺风向静风力响应与风振响应十分显著，其在横风向的风振响应同样不可忽视。国内外文献多次报道u刮，在强风作用下，格构式塔架在横风向的位移和加速度风振响应和顺风向的响应相当，有对甚至比顺风向的响应要大，这一现象已经引起了风工程研究者的广泛关注。目前，基于准稳定理论，格构式塔架顺风向风振响应的计算方法已有文献做了较为充分的研究【“J，而横风向动力风荷载机理和风振响应计算方法还处于探讨阶段。为了研究格构式塔架的三维动力风荷载，本文通过三种典型的格构式塔架(输电塔、通讯塔和电视塔)的底座天平测力风洞试验，测量了三种塔架结构模型的顺风向、横风向

4、基底弯矩和扭矩，通过消除模型共振的影响，得到了这三种格构式塔架的三维广义荷载谱密度函数和广义荷载均方根系数。1风洞试验简介本次风洞试验模型由黄铜制成。电视塔塔架的杆件主要为圆截面杆件，模型的缩尺比为1／100；输电塔和通讯塔塔架的杆件为L形截面形式，其缩尺比为1／50。图1为三种塔架模型在风洞中的照片。1．2风场的模拟本次风洞试验是在上海同济大学TJ一2水平回流式边界层风洞实验室完成的。此风洞试验段高2．0m，宽3．0m，长15m。试验风速范围为2m／s一65m／s，连续可调。均匀流场湍流度小于2％。边界层厚1．5m。本次风洞试验利用塔尖和粗糙单元模拟了B类地貌

5、。在模型放置中心测得的风速剖面和揣流度剖面如图2。边界层顺风向风速谱和VonKarman谱拟合较好，如图3。1．3试验方法夏数据处理本次试验由同济大学自制的五分量高频测力天平采样，采样频率分别为100Hz(输电塔和通讯塔)和200Hm(电视塔)，采样时间分别为200s和100s。由于本次试验格构式塔架模型的质量不够轻、刚度不够大，在风荷载激励下，其主轴向的第一阶振型共振比较明显。为了消除一阶振型共振的影响，本文作者推导了一种实用公式从测得的模型基底倾覆力矩谱密度数据分离出格构式塔架的一阶广义荷载谱口】。·收稿日期：200mIl；修订日期：2007-01-18．基

6、金项目：国家自然科学基金赍助项日(批准号50278073)作者简介!!馨枢果(mS0-)．男，武祝大学土木建筑工程学院教授，从事结构动力学、结构抗风研究万方数据312空气动力学学报第25卷喜(1)电视塔(2)输电塔(3)通讯塔图l风洞中的三种典型格构式塔架模型ng．1Themodels0fthe【hr钟kinds。ft谢嗨ll叭；∞toweninw；Ildtunnel图2平均风速和湍流度剖面ng．2M删1wi耐sp6耐at-d衄hEll舶rinte嘶pf击le=01毫管0010lI10耐K田3风树中的风速谱Fig，3Spectra0f埘Ild删砘耐ndtunne

7、l对于两个水平主轴向一阶广义荷载谱密度函数，可用如下公式求得；＆．∞卜雨i筹‰(1)式中：Sw(m)为由高频测力天平测得的模型基底倾覆力矩谱密度函数；日为模型高度；日1(面)为结构第一阶振型复频响应函数。同样，扭转向一阶振型广义荷载谱可用如下公式求得：叫m)=而i帮‰厕(2)式中：s，(m)为由高频测力天平测得的扭矩谱密度函数．￡为扭转向一阶振型修正因子。2格构式塔架一阶广义荷载谱与均方根广义荷载系数通过数据处理并消除模型的一阶共振的影响后。可得到在各种风向角下格构式塔架的三维一阶广义荷载谱密度函数和均方根广义荷载系数。2．1格构式塔架三维广义荷载谱(1)输电塔

8、模型对于输电塔，其风洞试