基于ANSYS的高耸塔结构动力特性分析adpaper.pdfVIP

基 于 ANSYS的 高 耸 塔 结 构 动 力 特 性 分 析 甘 进 ， 吴 卫 国 武 汉 理 工 大 学 交 通 学 院 ， 湖 北 武 汉 （430063 ） E-mail ： ganjin82@ 摘 要 ： 高 耸 塔 结 构 由 于 其 高 宽 比 较 大 ， 属 于 高 柔 结 构 ， 对 风 振 和 地 震 等 动 力 载 荷 的 作 用 比 较 敏 感 。 因 此 ， 在 高 耸 塔 结 构 的 设 计 中 动 力 学 设 计 是 必 不 可 少 的 一 部 分 。 本 文 用 有 限 元 软 件 ANSYS对 某 观 光 塔 进 行 了 动 力 特 性 分 析 ， 探 讨 了 建 立 高 耸 塔 结 构 动 态 分 析 模 型 的 基 本 思 路 ， 再 通 过 对 结 果 的 分 析 提 出 风 振 控 制 初 步 方 案 。 关 键 词 ： 高 耸 塔 结 构 动 力 特 性 分 析 有 限 元 ANSYS 风 振 控 制 1. 引 言 高 耸 塔 结 构 (多 为 钢 结 构 )是 现 代 社 会 较 为 常 见 的 一 种 结 构 形 式 。 这 种 塔 结 构 在 形 体 方 面 ， 其 高 度 与 截 面 之 比 较 大 ， 且 平 面 截 面 构 造 相 对 简 单 ， 对 称 性 较 强 。 在 动 力 特 性 方 面 ， 基 本 自 振 周 期 较 长 ， 可 长 达 几 秒 ， 因 而 又 称 其 为 高 柔 结 构 。 风 载 荷 、 地 震 作 用 等 水 平 作 用 对 这 种 高 耸 结 构 起 主 要 作 用 ， 有 时 甚 至 起 控 制 作 用 [1] 。 因 此 ， 对 高 耸 塔 结 构 的 动 力 特 性 的 分 析 研 究 是 必 要 的 。 本 文 以 某 观 光 铁 塔 为 例 ， 用 大 型 有 限 元 分 析 软 件 ANSYS完 成 了 该 高 耸 塔 结 构 的 建 模 和 动 态 特 性 的 分 析 计 算 ， 并 提 出 了 风 振 控 制 的 初 步 方 案 。 2. 塔 结 构 概 况 本 观 光 塔 主 体 结 构 高 为 100.8m， 架 设 天 线 后 塔 全 高 为 103m， 共 36 层 ， 分 为 7 个 区 段 ， 设 有 4 层 平 台 。 整 个 塔 体 结 构 高 耸 伟 岸 ， 上 窄 下 宽 ， 给 人 以 平 衡 稳 定 的 美 感 。 大 到 整 个 塔 体 、 小 至 每 一 个 部 件 在 三 维 坐 标 系 中 均 呈 对 称 性 。塔 体 杆 件 数 量 很 多 且 形 式 多 样 ，主 要 包 括 水 平 截 面 为 正 方 形 的 柱 杆 （见 图 1） ； 三 种 不 同 格 构 式 杆 件 形 式 的 腹 杆 （ 见 图 2 ） ； 角 钢 组 成 的 横 隔 杆 件 等 。 将 众 多 的 杆 件 按 照 一 定 的 构 图 规 律 进 行 有 序 的 排 列 组 合 ，使 众 多 杆 件 形 成 了 统 一 。铁 塔 主 体 工 程 图 1 柱 杆 水 平 截 面 采 用 16q 及 Q235 钢 材 ， 用 量 为 625t， 高 强 度 螺 栓 用 量 16 万 套 ， φ 12 铆 钉 7.8 万 个 ， 主 体 工 程 总 用 钢 量 650t 。 （a ） 斜 杆 （b ） 次 柱 杆 及 水 平 杆 （c ） 水 平 杆 图 2 腹 杆 横 截 面 形 式 - 1 -