【摘 要】
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拉线测风塔是由直立的桁架结构塔身和沿高度方向斜向布置的数层钢绞线所组成的细长柔性高耸结构。该型式的结构往往安装在山顶上,山顶上环境条件较为恶劣,在正常设计和建造的情况下结构破坏发生的比例之高是十分罕见的。其中有不少是由于风荷载和覆冰荷载联合作用下引起了测风塔的结构破坏,拉线测风塔是工程中遇到的最复杂的结构之一,但是目前我国在覆冰荷载和风荷载联合作用下的对测风塔的整体稳定性以及动态响应分析研究还不成
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拉线测风塔是由直立的桁架结构塔身和沿高度方向斜向布置的数层钢绞线所组成的细长柔性高耸结构。该型式的结构往往安装在山顶上,山顶上环境条件较为恶劣,在正常设计和建造的情况下结构破坏发生的比例之高是十分罕见的。其中有不少是由于风荷载和覆冰荷载联合作用下引起了测风塔的结构破坏,拉线测风塔是工程中遇到的最复杂的结构之一,但是目前我国在覆冰荷载和风荷载联合作用下的对测风塔的整体稳定性以及动态响应分析研究还不成熟。鉴于以上问题,本文利用ANSYS软件建立拉线测风塔有限元模型,根据规范对其施加风荷载和覆冰荷载,通过改变钢绞线的预应力大小,观察塔身节点的位移情况,对覆冰情况下拉线测风塔塔身位移情况总结规律,并最终确定最合理的钢绞线预应力施加方法,计算其极限覆冰厚度并做出对比;同时研究覆冰厚度、拉线预应力以及拉线倾角对结构固有频率的影响;最后通过瞬态动力学分析研究覆冰拉线测风塔在不同工况下受脉动风荷载的影响并做出对比。本文具体研究内容如下:（1）针对验证设计工况是否满足规范要求问题,采用对这三种工况在ANSYS软件进行线性静力分析的方法,得到三种工况下的主塔最大应力分别为163Mpa、173Mpa和181Mpa,得到这三种工况的主塔最大应力均满足规范要求。（2）针对覆冰拉线测风塔拉线初始预应力对主塔的位移以及应力的影响等问题,分别采用七层拉线预应力相同以及七层拉线预应力不同两种方法;首先,当七层拉线初始预应力相同时,分别施加100Mpa～300Mpa的初始预应力,观察主塔上的节点位移,得出覆冰拉线在收到风荷载作用时会对主塔位移产生一定影响;其次,通过主塔节点位移的特点,指定七层拉线不同的预应力施加方案;最后分析了拉线的根数以及拉线的倾角对主塔的应力以及位移产生怎样的影响,通过制定多种方案进行对比,找到最佳的预应力施加方案以及拉线布置方案。（3）针对最优拉线布置方案是否增加其结构最大覆冰厚度的问题,采用荷载增量法对结构进行非线性静力分析,利用Matlab软件对荷载增量曲线进行拟合,并把拟合出的曲线方程编写在ANSYS命令流中,通过DO、ENDDO循环实现荷载增量法,其次利用荷载增量法对设计工况、六层改善工况、七层改善工况和八层改善工况的极限覆冰厚度进行计算,分别求出四种工况下的极限覆冰厚度并做出对比,得出七层改善后的工况极限覆冰厚度有明显增加,从而增强了结构的稳定性。（4）针对覆冰拉线测风塔的动力响应的问题,采用ANSYS有限元软件并基于时程分析理论,对覆冰拉线测风塔体系进行了模态分析以及瞬态动力学分析;得出在结冰条件下,不仅主塔-拉线耦合模式的数量增加,而且拉线运动对主塔的影响也被大大放大;拉线初始张力每增加50Mpa对此类结构的固有频率减小18.2%左右;拉线与主塔倾角越大此类结构的固有频率越小,倾角为45°时固有频率比倾角为30°时缩小14.2%;倾角为60°时固有频率比倾角为45°时缩小26.5%。很明显,拉线的初始预应力和倾角是对这些结构的基本固有频率是影响很大的参数;用峰值位移对比等效脉动风荷载下的节点位移,可以明显的看出主塔在脉动风下的Y向最大位移明显增大,同时,七层改善工况在脉动风下的最大位移比设计工况下的最大位移小,结构更稳定。以上通过对多种覆冰拉线测风塔设计方案进行静力分析、非线性静力分析、模态分析、瞬态动力学分析。本文的研究成果为今后类似覆冰拉线测风塔结构提供了有益的参考和借鉴。
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