格构式结构典型杆件平均气动力特性试验研究

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格构式结构作为各种钢结构工程的重要结构形式之一,其风荷载的研究已经取得了一些成果,但理论计算方法都建立在整体模型或节段模型基础上,在风致振动计算中风荷载均以塔身节段或结构节段的方式计入,这种方法不能直接获得格构式结构中各个杆件的内力或应力,导致在进行格构式结构破坏或倒塌、疲劳、稳定等问题时理论分析结果差异较大。有鉴于此,本文以格构式结构的典型杆件为基本研究对象,通过风洞试验得到均匀流场下,得到不同风偏角下的杆件间气动力系数和干扰因子,分析杆件间的气动干扰效应以及风荷载计算中气动干扰效应的计算方法,为后续建立基于独立杆件气动力系数的格构式结构风荷载局部分析方法提供研究基础。本文主要研究内容如下:(1)设计一套能同时调节风攻角和风偏角的格构式结构模型支撑及转动装置,分别设计圆管和等边角钢杆件节段模型,先在0°风攻角下对单根圆管节段模型采用直接测力方法,得到单根圆管的气动力系数,并和规范值比较,验证本文方法的准确性和合理性。(2)采用直接测力法对单根等边角钢典型杆件节段模型在均匀流场下进行天平测力风洞试验。获得单根等边角钢典型杆件节段模型在0°~180°风偏角下的气动力系数,得到单根等边角钢典型杆件节段模型气动力系数随风偏角的变化曲线。(3)采用直接测力法对两根圆管典型杆件节段模型在均匀流场下进行天平测力风洞试验。获得两根圆管典型杆件节段模型串列、并列、斜列的气动力系数,建立两根圆管典型杆件节段模型串列、并列、斜列的气动力系数数据库。(4)采用直接测力法对两根等边角钢典型杆件节段模型在均匀流场下进行天平测力风洞试验。获得两根等边角钢典型杆件节段模型不同遮挡方式下不同间距的气动力系数,建立两根等边角钢典型杆件节段模型不同遮挡方式下不同间距的气动力系数数据库。(5)通过已经获得的气动力系数,计算出格构式输电塔典型杆件圆管和等边角钢不同遮挡方式下不同间距的干扰因子,分析格构式结构典型杆件圆管和等边角钢不同遮挡方式下干扰因子随间距的变化规律。(6)提出了格构式结构风荷载的杆件加权叠加法,验证该方法的适用性。研究结果表明:对于双圆管杆件,在所有测试间距比区间,杆件1的干扰因子均大于杆件2的干扰因子。随着间距比的增大,杆件2的干扰因子逐渐增大,杆件2受杆件1的干扰越来越弱;在均匀流场,不同风速下,单角钢杆件阻力系数变化不大,基本保持稳定;在不同湍流度,不同风攻角下,单角钢杆件阻力系数变化较大。对于双角钢杆件,在杆件1的不同工况下,杆件2的干扰因子的变化规律与阻力系数变化规律基本一致,杆件2的干扰因子随着间距比的增大,而逐渐增大。表明杆件1对杆件2的干扰越来越弱。格构式结构风荷载的杆件加权叠加法,对比结果与试验值结果对应良好。
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