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《塔架结构的脉动风荷载数值模拟及响应》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、国外建材科技2008年第29卷第1期塔架结构的脉动风荷载数值模拟及响应王耀宏(中煤国际工程集团武汉设计研究院建筑分院,武汉430064)摘要:脉动风荷载数值模拟是进行风荷载响应分析的基础。采用三角级数法对脉动风荷载进行了模拟,并借助有限元分析软件,对风荷载作用下塔架结构的动力时程响应及频谱特征进行了分析。关键词:塔架结构;脉动风荷载;模拟FluctuatingWindLoadNumericalSimulationandResponseAnalysisoftheTowerStructureWANGYa
2、o2hong(WuhanDesignandResearchInstituteofSinocoalInternationalEngineeringGroup,Wuhan430064,China)Abstract:Numericalsimulationofturbulentwindloadisthebasisoftheanalysisforwindloadresponse.Inthispaper,byusingthetrigonometricseriesmethodthehistorycurveoftu
3、rbulentwindloadissimulated,andresponseandfrequencycharacteristicsisanalyzed.Keywords:towerstructure;fluctuatingwindload;simulation2对于输电塔架结构来说,风荷载是最常见的外xSv(n)=4KV•1024P3(1)部水平荷载。在结构上主要作用有顺风向的平均风n(1+x)荷载和脉动风荷载及横风向的尾流旋涡干扰。由于式中,K为反映地面粗糙度的系数,其取值参照相该文的损伤指标值为
4、风荷载时程响应的方差,平均关文献论述,x和n按下式计算1200nω风荷载作为静风荷载,方差可以忽略,因此仅仅分析x=2n=(2)V•102π脉动风荷载的响应特性。V•10为离地10m高度处的平均风速。1脉动风压的功率谱密度函数和脉动根据脉动风压和脉动风速的关系,可以导出用风压系数脉动风压方差表示的规格化的脉动风压自功率谱密度函数大量的脉动风实测记录的样本时程曲线统计分2Sω(y,z,n)=σwf(y,z)Sf(n)(3)析表示,若将平均风部分去掉,脉动风速本身可以用22V•10零均值的高斯平稳随机过
5、程来模拟,且具有明显的式中,σwf=24kw•2为脉动风压方差;Sf(n)=V•各态历经性。为了定量地描述脉动风,采用加拿大22x学者Davenport提出的顺风向脉动风速功率谱密度3n(1+x2)4P3为规格化风速功率谱;w•(z)为平均风函数来推导脉动风荷载功率谱密度函数。Davenp2压,(y,z)为迎风面的坐标。ort根据世界上不同地点、不同高度测得的90多次为了反映脉动风压在整个顺风向风压中所占比强风记录的谱分析结果得出:顺风向脉动风速功率例沿高度的变化,定义了脉动风压系数这样一个参谱中,
6、紊流尺度沿高度是不变的,其密度函数如式量。它可以用下式来计算或用试验来求得2(1)所示μσwfμf(z)=(4)w•(z)95国外建材科技2008年第29卷第1期式中,μ为峰因子,其值取为2.5。实际上,上式是1所示:塔腿部分按照节点分为11段,塔头部分的难以直接求出的μf(z)。分为4段。我国荷载规范根据国内外的一些资料,建议脉动风压系数用下述公式计算1.8(α-0.16)-αμf(z)=0.5×35zP10式中,α为表征地地貌的粗糙度系数。2顺风向多维脉动风荷载的随机模拟及仿真分析由于风荷载可分
7、解为平均风和脉动风,对于脉动风部分,借助经验公式给出的各种功率谱函数,可以从频域和时域两方面来分析。基于线性迭加的频域分析方法概念清晰、简便,因此在工程中应用广泛,但不能给出反应的相关函数、瞬态反应,不能分析非线性结构,且对于大跨结图1输电塔塔架风荷载模拟节点示意图构,由于其频率密集,因此在计算中应取多少阶模态,怎样补偿模态截断的能量损失,仍是一个问题。而时域分析法与之相比较,其优点表现为:时域法能进行较精确的非线性分析;响应量值如位移、力或加速度的最大值可以直接求出;在缺乏实测或试验资料的情况下,
8、各种简化计算方法可以与精确的时域分析方法进行比较验证;通过时域的信息可以获得图2结构顶部速度响应时程幅值域及频域的信息。因此,研究时域模型一直是随机过程模拟的重要内容,时域模拟就是要通过已知的频域信息重现时程样本,主要的时域模拟方法有线性滤波法、三角级数法、逆Fourier变换法模拟。该文采用三角级数法进行模拟。结构上的阵风脉动风荷载通常看作是各态历经图3结构中部速度响应时程的平稳随机过程,脉动风荷载向量可表示为互相关的、零均值的高斯平稳随机过程。多维平稳随机过程的数
