钢结构电视塔风荷载动力研究

摘要

电视塔是一种典型的高耸结构，而钢结构以其自身的特点往往作为电视塔结构的首选方案。随着社会的发展，电视塔由原来只能发射讯号的单功能电视信号发射向通讯、展览、旅游、广告等文化活动和商业活动的大型综合电视塔发展。电视塔往往是一个城市的标志性建筑。
　　 电视塔结构属高柔结构，作用在其上的荷载以风荷载为主要的控制荷载。由于电视塔的多功能要求，对于电视塔结构的抗风要求越来越高。但钢结构电视塔对风荷载更为敏感，电视塔在风荷载作用下损坏的例子是屡见不鲜。所以对于钢结构电视塔的设计，风荷载的动力效应计算显得尤为重要。
　　 本文首先本文介绍了脉动风荷载的模拟方法及实现过程，利用线性滤波法（AR法）模拟风速时程，编写了脉动风模拟程序。编制出的风荷载时程曲线程序适合于一般高耸结构脉动风荷载的模拟。
　　 本文通过对既有的某不上人电视塔（模型一）和上人电视塔的（模型二）风荷载拟静力分析，按照高耸规范对钢结构电视塔进行了0°和45°两个风向角作用下的风荷载响应分析，得到电视塔在风荷载作用下受45°风向控制的结论。
　　 本文对比了两个不同天线刚度的电视塔风荷载拟静力分析与动力时程分析，分析得到带天线的电视塔按规范只考虑第一振型的影响来计算风荷载会产生较大的误差。同时对两个电视塔在有天线和无天线两种情况下的进行了模态分析，观察两个电视塔在两种情况下的振型情况，发现带有天线的电视塔的高振型影响不可忽略，当天线去掉时，高振型影响较小，天线对电视塔结构的自振频率影响较为显著。
　　 本文最后通过改变模型一的三维有限元模型中的天线刚度，进行电视塔风荷载拟静力分析结果与动力时程分析结果的吻合程度的研究。研究表明，对于中小型电视塔，天线高度为20米左右，当天线顶端与塔身顶点在天线顶点处施加一个单位力产生的位移比小于5倍时，电视塔整体结构的风荷载可按规范仅考虑第一振型的影响来计算;若该位移比大于5倍，则电视塔整体结构风荷载按时程分析方法进行风荷载计算或将规范中的风荷载适当乘以一个放大系数。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 钢结构电视塔的类型与发展

1．1．1 钢结构电视塔的类型

1．1．2 钢结构电视塔的发展

1．2 钢结构电视塔的研究简介

1．2．1 钢结构电视塔的研究内容

1．2．2 钢结构电视塔的研究现状

1．3 本文研究的内容及意义

1．3．1 本文研究的内容

1．3．2 本文研究的意义

1．3．3 本文工作安排

2 风荷载的作用

2．1 风的特性

2．1．1 风的描述

2．1．2 风速与风压

2．2 风的拟静力作用理论

2．2．1 拟静力风荷载的表达式

2．2．2 风振系数

2．3 风的时程分析理论

2．3．1 风速时程模拟的方法

2．3．2 脉动风速谱

2．3．3 脉动风的空间相关性

2．3．4 脉动风的线性滤波法模拟过程

2．4 本章小结

3 电视塔风荷载的研究

3．1 概况

3．1．1 模型一的工程概况及结构和模型特点

3．1．2 模型二的工程概况及结构和模型特点

3．2 电视塔的拟静力风荷载

3．2．1 模型一的拟静力风荷载及响应结果分析

3．2．2 模型二的拟静力风荷载及响应结果分析

3．2．3 电视塔拟静力风荷载分析小结

3．3 电视塔的风荷载动力时程分析

3．3．1 模型一动力时程参数的选取及其时程曲线

3．3．2 模型二动力时程参数的选取及其时程曲线

3．3．3 电视塔的风速时程作用响应

3．4 电视塔拟静力分析与动力时程分析结果比较

3．4．1 模型一的拟静力分析与动力时程分析结果比较

3．4．2 模型二的拟静力分析与动力时程分析结果比较

3．4．3 结果比较分析

3．5 本章小结

4 电视塔结构的特性对于动力分析的影响

4．1 模型一的模态分析

4．1．1 带天线模型一的模态分析

4．1．2 无天线模型一的模态分析

4．1．3 模型一两种情况下模态对比分析

4．2 模型二的模态分析

4．2．1 带天线模型二的模态分析

4．2．2 无天线模型二的模态分析

4．2．3 模型二两种情况下模态对比分析

4．3 两个电视塔模态分析的对比分析

4．4 天线及其刚度变化对电视塔结构的风速时程影响分析

4．4．1 电视塔的风荷载动力特性

4．4．2 不同刚度天线的结构响应及其分析

4．5 本章小结

5 结论与展望

5．1 本文结论

5．2 展望

参考文献

个人简历、在校期间学术成果

致谢