单管塔风致响应研究及风荷载规范对比

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近年来,随着“一带一路”战略实施,国际间合作不断加深,越来越多的国内公司开始承接海外工程项目,在通信设施领域,单管塔由于造型美观、安装方便等原因被广泛使用。风荷载是控制单管塔设计的主要荷载,但各国风荷载规范差异较大,如何安全有效的对单管塔风荷载进行取值,是目前国内设计人员参与到海外项目设计工作中的主要问题。本文对中美欧风荷载规范中主要参数的理论模型进行了分析和对比,主要包括:基本风速、风压高度变化系数、体型系数、风振系数等。并对一单管塔实例进行数值模拟,将模拟结果与规范计算结果进行对比。主要研究内容如下:(1)对中美欧风荷载规范中基本风速、风压高度变化系数、体型系数等参数进行了理论分析和计算对比,得到了三者在平均风荷载上的主要差异。(2)建立有限元模型,通过模态分析得到结构的动力特性。根据随机振动理论,利用MATLAB软件求解得到单管塔结构的风速时程曲线。利用ANSYS Workbench平台,基于流固耦合分析方法得到单管塔在脉动风荷载作用下的动力特性和结构响应。(3)对中美欧规范中顺风向风振系数计算公式进行了理论分析和计算对比,并将计算结果与数值模拟结果进行对比,发现中国规范的风振系数更加贴合工程实际,但在塔段低处取值偏小,欧美规范计算结果大于中国规范,具有较高的安全度。(4)对中美欧规范中横风向风荷载计算公式进行了理论分析和计算对比,并主要从横风向涡激振动验算判定和横风向等效风荷载两方面比较三种规范的差异,发现中美欧规范对同一工程的判定结果不同,依据中国规范计算的等效风荷载值小于欧美规范计算结果,中美欧规范在横风向风荷载的规定中差异较大,需要进一步完善。
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