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高耸格构式塔架结构风振特性 孙炳楠楼文娟程志军付国宏 (杭州，浙江大学土木系，310027) 摘要 本文讨论了高耸格构式塔架结构风振特性，提出了对于格构式塔架的动力分析模式和气 动弹性特性的等代离散刚度模拟方法。多个气弹模型风洞试验发现，格构式塔架的横风向风振响应 与顺风向风振响应具有相同量级：塔架风振系数随平均风速单调递增；塔架的拉索对风搌具有不 可忽略的阻尼作用；最后。论文提出了顺风向和横风向合成风振力的计算公式。 关键词格构式塔架，风振响应，风洞试验，气动弹性模型，横风向风振力 1引言 高耸格构式架塔结构，如大跨越输电铁塔、电视塔、微波塔等都是重要的生命 线工程，由于这种结构的柔度大、阻尼小，因而受风的作用较为敏感，风振效应非常 显著，风荷载是这类结构设计的主要控制荷载，在强风荷载作用下，输电铁塔常有 倒塔事件。 在风荷载作用下的高耸格构式塔架的风振响应研究，风洞模拟试验是目前最有 效的方法。但这种格构式结构的气弹模型试验的难度较大。主要是杆件太多、结构 复杂，很难使气弹模型满足剐度、质量、受风面和多个气动相似参数相等的要求。 近年来，我们进行了多个高耸格构式输电铁塔的风振响应的研究，特别是对于 “220KV椒江大跨越输电铁塔”和“500KV金温线终端塔”，进行了气动弹性模型 风洞试验研究。创建了适用于格构式塔架结构的“等代离散剐度法”的气弹特性模 拟方法。发现格构式塔架的横风向风振响应与顺风向风撮响应具有相同的量级：塔 架的风振系数随平均风速的增加而单调上升：塔架的拉索或导线对结构的风振响应 有着不可忽略的阻尼作用。这些结果对高耸格构式塔架的结构设计有极重要的指导 意义。 2格构式塔架的动力特性模拟 高耸格构式塔架，往往是节点多，杆件多，杆件的种类多，因而，使格构式塔架 的气动参数模拟带来极大的困难。在气动弹性模型设计中，很重要的一点是结构动 力特性的模拟。根据塔架的特征，考虑了两种动力特性模拟方式，一种是将所有的 杆件均作为空间二力杆件来模拟，而所有节点按铰结点处理，即是按空间桁架进行 模拟；另一种将塔柱及横隔杆件作为空间梁来模拟，而腹杆、水平斜撑及塔头杆件作 为空间二力杆件，节点按刚性铰结点处理，即将塔架按空间半刚架方式模拟。应用这 二种模拟方法分别对多个典型塔架进行了分析。以220kV椒江大跨越铁塔为例，它 是一个正方形格构式自立钢管塔…，如图1所示，该塔架高183米，下部宽度28米， 上部宽度5．4米，由583个杆件组成，节点150个，扦件截面种类32种。塔架的动力 特性计算结果列于表1。 结果表明，采用空间桁架和半剐架的这二种不同的模拟方法，对于塔架的振型 和固有频率，几乎得到了相同的结果。由此可见，塔架的立柱及横隔件的局部弯曲作 用极小，可以忽略不计。塔架的各节点可按铰结点处理。这样，我们在对塔架动力响 应分析和气弹模型制作时，可以忽略各杆件的弯曲作用，塔架的各杆件取作为二力 -185． 杆件，在节点上相互铰结，在气弹模型制作时，也只要考虑拉压刚度的相似，而不需 考虑弯曲刚度的相似，大大简化了气弹模理型的制作。 袭1 220kV椒江大跨铁塔的动力特性计算结果比较 计算模式 桁架 半刚架 桁架 半刚架 ∞，=0．575HZ 频率(}配) ∞1=0．572HZ031=0．571HZ∞1=O．575HZ 高度(米) x向第一振型 Y向第一振型 183 1．O 1．0 1．0 1．0 16l 0．769 0．756 0．754 0．768 130 0．463 0．459 0．457 0．465 88 O．189 O．188 O．186 0．19l 42 0．0