高耸异型铁塔风荷载作用下结构分析计算.pdfVIP

312· (工程力学》 增刊 2003年 高耸异型铁塔风荷载作用下结构的分析计算 苏国柱¨蔡铭2’朱尔玉3’许庆4 北方交通大学土木工程学院，北京100044．冶金挪建筑研究总院，北京100044 蒲要：本文结合实际工程介绍了一异型高耸铁塔的风载计算过程。主要对其进行了静力风分析与动态振型分析。并分别运用 地范计算理论与有限元软对其进行了模态分折比较。 专键词风荷载：塔架：异型；模态分析 Y 1 引言 塔架是一种基于风载荷设计的高耸结构。该结构广泛用于广播电视、通信、输电等行业。近些年来， 镀着社会的发展．对于塔架提出了各种各样的使用功能，塔架结构的造型也日益复杂多样。为了保证塔架 f￡使用期间塔架整体结构不发生危及安全的分离、倒塌或者整体失稳破坏，必须对塔架进行风荷载作用下 约结构分析。现存的规范给出了规则塔架进行结构分析时应采用的计算系数，对于异型塔架的结构分析涉 曼很少，本文结合实际工程，介绍了一高耸异型铁塔风荷载作用下的结构计算。L程概况如下。 某圆弧铁塔，如图所示：圆弧半径为100．4米，内角为60度，总高度为89．55米。圆弧横截面为方型， l 乍来回沿着圆弧滑动动，使用功能上要求圆弧在北京最大风荷载作用下，不得产生永久变形，在四级风F， 葛横向摆幅最大值50ram。设计时，考虑到单独一个格构式圆弧塔架无法满足要求。因此添加两个支架 世行辅助支撑，结构的空间三维图如下．为了保证支架和圆弧段的刚度相协调，支架横截面也是由6米处 疗向上逐步分段收敛到3米见方。 图1圆弧段立面示意图 图2塔架三维结构图 2 荷载工况 根据《高耸结构设计规范》(GBJ 135—90)，塔架承受的主要荷载有风荷载、裹冰荷载、地震荷载以 n‘卉确介： 茹，两柱(1979．7)．男．内蒙人，北打交通大学花读硕l：研咒一} 《工程力学》 增刊 2003年 ‘313· 及自重。风荷载是各种工程结构的重要设计荷载，对于高耸结构(如塔架、桅杆等)常起控制作用，有时 甚至起决定作用。故此，风荷载的合理选取和与其他荷载间的组合显得十分重要。分别选取如下荷载作为 控制工况： (一)正常运营阶段： 荷载工况一：结构自重+避霄设施自重+小车荷载(计入冲击系数)+两年一遇最大风荷载； 荷载1：况二：结构自重+避雷设施自重+小车荷载(计入冲击系数)+四级风荷载； (二)承载力极限状态验算： 荷载工况三：结构自重+避雷设旖自重+小车荷载(计入冲击系数)+五十年一遇最大风荷载； 3计算理论 风的稳定值常称为平均风，它对结构的作用可以用静力来等效替代，而绕平均值变化着的风称为脉动 风，其作用具有明显的动力特性，引起结构的振动。在此将讨论塔架在平均风和脉动风共同作用下变形、 内力，脉动风作用下的响应及动态特性。 3．1静力分析 根据《高耸结构设计规范》，基本风压∞。仅是根据标准高度为lOm等6个条件求得的风压力，并不 是结构上的风荷载。由于结构高度不同，需采用高度变化系数∥，。由于结构的体型不同，需采用体型系 数∥，，除了平均风以外，还有脉动风作用，后者可通过平均风采用风振系数卢：来等效地表达出来。因此 顺风向总的等效的风荷载可表达为： 珊=∥：乒，掣：卢，∞o (1) 式中： ∥，一重现周期调整系数，对一般高耸结构由于重现期取50年，该系数为1．2：∥．一塔架的地面粗 糙程度属fB类，其数值可根据规范中列表对应查得；∞。一基本风压，根据所提供的天气资料算得为 O．3938KN／m2。／2。一风在结构上的实际压力或吸力与计算来流风压之比，通过套表求得。 ∥：=1+乒I占2 (2) 式中：f一脉动增大系数；￡一风压脉动和风压高度变化等的影响系数：￡一振型、结构外形的影响系 数： 表1 p二及占!取值