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输电塔结构风振响应分析

司甜甜  
【摘要】:输电塔高度高、塔身镂空、外形细长,是一种比较特别的结构形式,在电力、广播电视、通讯等领域以及大跨度桥梁施工中应用广泛。随着时代的发展和施工要求的进步,使其结构朝着更高、更柔、更轻和低阻尼的方向发展,从而对作为其主要控制荷载的风荷载的敏感性提出了更进一步的要求。若输电塔出现风致破坏情况,则会引起供电系统瘫痪,甚至火灾等次生灾害,这些问题将严重影响人们的生产建设和生活秩序。因此,对输电塔进行风振响应分析显得尤为重要。本文以一座高为41.7m的猫头型输电塔作为研究对象,建立该塔的有限元模型,对其进行风荷载模拟,然后进行动力特性及其风振响应分析。主要内容包括:(1)研究了风速的基本特性以及脉动风荷载的模拟方法,着重对自回归线性滤波器AR法的实现过程进行了介绍。并基于AR法,运用MATLAB软件对输电塔结构的脉动风速时程进行了模拟,然后将模拟结果与目标风速谱Davenport谱进行对比,结果吻合较好,验证了模拟的正确性。(2)采用梁单元模拟角钢,运用SAP2000有限元软件建立输电塔结构的有限元模型,并进行模态分析,得到其振型及自振频率等动力特性。通过对比,使用SAP2000模态分析得出的第一阶自振频率与由经验公式算得的结果相近,说明该有限元模型可以真实地反映其动力特性,从而验证了模型的实用性。(3)将模拟得到的风荷载以节点力的形式施加到所建的有限元模型上,并对输电塔结构在时域内用Newmark法进行风振响应分析。通过对其进行时程分析得到输电塔在风向角为0°、45°、60°和90°四种情况下的位移、速度、加速度时程,选取部分节点计算其X和Y两个方向的位移均值、位移最大值以及加速度均方差并进行对比。结果表明,X方向和Y方向的位移均值和加速度均方差均沿高度不断增大,且在塔顶尤其明显;X方向的位移响应在风向角为60°时有最大值,而Y方向则在风向角为0°时有最大值,加速度响应有同样的规律。


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