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作为重要的生命线工程,输电塔的高柔特性,使其在风荷载作用下的结构动力响应强烈。因此,研究输电塔的动力特性及风振响应,确保风荷载作用下输电塔的正常工作,已成为电力工程与土木工程界一个重要的研究课题,引起了国内外很多研究者的极大关注。
本文以王家滩汉江大跨越输电塔为工程背景,对它的动力特性和风振响应进行了研究,得到了一些对实际工程抗风设计计算具有参考意义的结论。
首先介绍了结构上风荷载的基本特性及计算公式。根据节点构造和杆件特点,选用合适的单元类型,建立输电塔的有限元模型。将输电塔分为10段,计算每段在静力荷载作用下的位形(静力终态)。
接着,以静力终态作为模态分析的初始态,通过模态分析,求得结构的频率和振型等动力特性。根据各阶模态的参与系数和有效质量的大小,确定输电塔的主振型及其频率,并且分析了输电塔的动力特性。
引入结构随机振动和顺风向随机风振响应基本公式,为后面的风振响应分析提供理论依据。考虑脉动风荷载的空间相关性,计算脉动风荷载的功率谱密度,将其作为随机激励,在频域内对输电塔模型作功率谱密度分析,得到了输电塔各节点的风振响应。另外,采用风振系数法,计算输电塔的等效静力风效应。
将两种方法的计算结果进行比较,功率谱密度分析的结果较大。功率谱密度分析考虑多阶振型对风振响应的贡献,因而对于线性结构比风振系数法更可靠。