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结构的风致振动使得结构产生围绕平均应力的脉动应力,它能导致结构的疲劳累积损伤,可能造成结构在低于设计风荷载的各种水平风荷载往复作用下而失效。由于风荷载和结构风振响应具有宽频变幅的波动特性,经常受到风作用的柔性钢塔架设计中需要考虑疲劳损伤的作用。但是在现阶段的钢塔架设计中,疲劳问题往往没有引起足够的注意。因此很有必要对钢塔架结构进行风荷载作用下的疲劳损伤研究,并从理论上粗略估计钢塔架结构的疲劳寿命。 面对钢塔架在风荷载作用下疲劳问题日益增长的重要性和工程计算准则的明显缺乏,本论文对格构式钢塔架在风荷载作用下的疲劳寿命的计算从频域内进行了一些研究。主要内容如下: (1)本文在假定平均风速服从Weibull分布和钢塔架采用等效集中质量悬臂梁模型的前提下,基于经典疲劳失效模型Basquin方程和Palmgren—Miner线性累积损伤准则,运用等效窄带法对结构响应为宽带过程的钢塔架进行了疲劳分析。 (2)假定结构响应脉动应力标准差可表示为参考风速的函数,运用连续疲劳随机理论,导出了钢塔架疲劳损伤和疲劳寿命的计算公式,提出了具有恒定或随高度连续变化的质量和刚度的格构式钢塔架在风荷载作用下疲劳寿命预估的方法。 (3)基于结构响应仅取决于第一模态和脉动应力和平均应力的比值等于脉动位移和平均位移的比值的假定,运用离散随机疲劳理论,得到了钢塔架累积损伤和疲劳寿命的简化计算公式,提出了具有恒定或随高度连续变化的质量和刚度的格构式钢塔架疲劳损伤的工程计算方法。 (4)基于质量和刚度沿高分布不均匀的钢电视塔等钢塔架结构在风荷载作用下的疲劳分析需要考虑多阶振型,提出了运用基于振型迭加法的数值分析法对其进行疲劳分析的方法。 (5)由于仅仅计算单根构件的疲劳寿命来评估整个钢塔架结构的疲劳寿命是远远不够的,除构件外还必须要预测整个钢塔架结构系统的疲劳寿命,本文提出了钢塔架结构系统的疲劳寿命预测的方法与步骤。 (6)为了避免钢塔架过于频繁的振动而引起疲劳损伤,本文提出了采用提高构件的疲劳性能和对其进行风振疲劳控制设计的途径,来提高钢塔架疲劳寿命的方法。 本文对钢塔架结构的风振疲劳分析作了一些有益的探索和研究,希望能为进一步的研究提供参考。